本發(fā)明涉及一種醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲換能裝置。

背景技術(shù)：

超聲刀系統(tǒng)廣泛醫(yī)用于醫(yī)療領(lǐng)域，超聲刀系統(tǒng)的核心部件為醫(yī)用功率換能器，醫(yī)用功率換能器的優(yōu)劣決定了超聲刀手術(shù)效果以及超聲刀的使用壽命。其中，阻抗愈低，效率愈高，則醫(yī)用功率換能器愈優(yōu)，因?yàn)榫哂械妥杩?、高效率的醫(yī)用功率換能器才能在相同輸入功率的條件下獲取更大的高頻振動(dòng)的機(jī)械能，輸出更大的振幅。

現(xiàn)有技術(shù)中，ethicon提出一種超聲刀裝置：四片壓電陶瓷片對(duì)稱的分布在換能器的中心位置，同時(shí)換能器有兩個(gè)對(duì)稱分布的終端輸出，兩個(gè)終端的振動(dòng)是對(duì)稱的，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩把刀桿，醫(yī)護(hù)人員可以根據(jù)需要選擇其中的一把。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述的超聲刀裝置存在以下缺陷：首先，上述超聲刀裝置對(duì)振動(dòng)的基本參數(shù)振幅有比較大的限制，原因如下：雖然四片壓電陶瓷片對(duì)稱的分布在換能器中心，但對(duì)振幅真正起作用的只有兩片，也就是說(shuō)振幅比傳統(tǒng)換能器在理論上少了一倍，所以為了彌補(bǔ)振幅不足，對(duì)壓電片的技術(shù)指標(biāo)就提出了更高要求，而提高的要求在工藝上則可能達(dá)不到，或者會(huì)提高成本；其次，超聲刀裝置的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受到了限制，原因如下：為了彌補(bǔ)振幅的不足，通過(guò)縮小兩個(gè)終端輸出端面的直徑，這雖然在一定程度上緩和了振幅的不足，但無(wú)法解決其振幅受到較大限制的根本問(wèn)題，并且，輸出端面的振幅做得過(guò)小，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度無(wú)法保證，可能嚴(yán)重影響換能器的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種振幅較強(qiáng)、能夠雙驅(qū)動(dòng)輸出的超聲換能裝置。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種超聲換能裝置，包括換能器和變幅桿；

所述變幅桿包括輸入桿和輸出桿，所述輸入桿包括沿著所述輸入桿的軸向相背設(shè)置的輸入端和連接端，所述輸入端連接于所述換能器上，且所述輸入桿與所述換能器共軸設(shè)置；所述輸出桿連接于所述連接端，且所述輸出桿的中心軸垂直于所述輸入桿的中心軸，所述輸出桿具有沿著自身軸向相背設(shè)置的第一 輸出端和第二輸出端，所述第一輸出端和所述第二輸出端皆用于連接超聲刀刀桿。

其中，所所述輸出桿之位于所述輸入桿兩側(cè)的桿身以所述輸入桿為中心呈鏡像對(duì)稱。

其中，所述輸入桿的外表面為直圓柱面。

其中，所述輸出桿沿著自身軸向的長(zhǎng)度小于或等于所述輸入桿沿著自身軸向的長(zhǎng)度。

其中，所述輸出桿的直徑小于或者等于所述輸入桿的直徑。

其中，所述輸出桿的外表面為直圓柱面。

其中，所述輸出桿位于所述輸入桿兩側(cè)的桿身的外表面皆為錐面，且所述第一輸出端和所述第二輸出端皆具有直徑較小的端面。

其中，所述換能器包括預(yù)緊桿、和依次套設(shè)于所述預(yù)緊桿上的后質(zhì)量塊、晶堆、和前質(zhì)量塊；

所述預(yù)緊桿包括一體連接的外周面為光滑的桿頭和桿體，所述桿頭為柱形桿頭，所述桿頭的直徑大于所述桿體的直徑，所述桿頭包括桿頭接觸面；

所述后質(zhì)量塊具有相對(duì)設(shè)置的第一接觸面和第二接觸面，所述第一接觸面貼設(shè)于所述桿頭接觸面；

所述晶堆具有晶堆接觸面，所述晶堆接觸面貼設(shè)于所述第二接觸面；

所述前質(zhì)量塊連接于所述桿體的端部，所述前質(zhì)量塊貼設(shè)于所述晶堆上；

所述變幅桿連接于所述前質(zhì)量塊上。

其中，所述第一接觸面的邊緣設(shè)置有倒角或者倒圓角；和/或，

所述第一接觸面的邊緣與所述桿頭接觸面的邊緣重合；和/或，所述第二接觸面的面積大于所述晶堆接觸面的面積；和/或，所述第二接觸面的內(nèi)徑比所述晶堆接觸面的內(nèi)徑小0.2～0.5mm；和/或，所述前質(zhì)量塊具有前連接面，所述前質(zhì)量面貼設(shè)于所述晶堆上；所述換能器還包括法蘭，所述法蘭突設(shè)于所述前連接面所在的外表面上；和/或，所述前質(zhì)量塊還包括與所述前連接面相背設(shè)置的后連接面，所述輸入桿的輸入端連接于所述后連接面上，所述輸入端的直徑小于或等于所述后連接面的直徑。

本發(fā)明實(shí)施例還提供了另一種一種超聲換能裝置，包括換能器和變幅桿；

所述換能器包括預(yù)緊桿、和依次套設(shè)于所述預(yù)緊桿上的后質(zhì)量塊、晶堆、 和前質(zhì)量塊；

所述變幅桿包括輸入桿和輸出桿，所述輸入桿包括沿著所述輸入桿的軸向相背設(shè)置的輸入端和連接端，所述輸入端連接于所述前質(zhì)量塊上；所述輸出桿連接于所述連接端，且所述輸出桿的中心軸垂直于所述輸入桿的中心軸，所述輸出桿具有沿著自身軸向相背設(shè)置的第一輸出端和第二輸出端，所述第一輸出端和所述第二輸出端皆用于連接超聲刀刀桿；

所述輸入桿的連接端連接于所述輸出桿的中心位置，所述輸出桿分別包括自所述中心位置延伸至所述第一輸出端的第一桿體、以及自所述中心位置延伸至所述第二輸出端的第二桿體，所述第一桿體和所述第二桿體以所述輸入桿為中心呈鏡像對(duì)稱。

本發(fā)明提供的超聲換能裝置通過(guò)將變幅桿設(shè)置為輸入桿連接輸出桿的t形結(jié)構(gòu)，來(lái)與換能器連接形成諧振體，其中，換能器經(jīng)過(guò)t形的變幅桿傳遞轉(zhuǎn)換后，t形的變幅桿由于其特殊的振動(dòng)特性，從而使得變幅桿在同一振動(dòng)模態(tài)下的整體的振動(dòng)位移分布為：輸入桿和輸出桿皆分別沿著自身軸向分布縱向振動(dòng)位移，而由于輸入桿基本處于輸出桿的節(jié)點(diǎn)位，使得輸出桿沿著自身軸向的振動(dòng)位移分布較小，而與變幅桿的輸出桿則具有較大的振動(dòng)位移分布，輸出桿兩端基本處于波峰位置，進(jìn)而使第一輸出端和第二輸出端產(chǎn)生高頻的振動(dòng)，并且在振動(dòng)位移分布至第一輸出端和第二輸出端時(shí)，振動(dòng)幅度被進(jìn)一步放大，使得第一輸出端和第二輸出端具有較大、較強(qiáng)的振幅，從而實(shí)現(xiàn)了一種振幅較強(qiáng)、能夠雙驅(qū)動(dòng)輸出的超聲換能裝置。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施方式中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施方式提供的超聲換能裝置的示意圖；

圖2是圖1所示的超聲換能裝置的換能器的分解示意圖；

圖3是圖1所示的超聲換能裝置的變幅桿的基本原理有限元分析的示意圖；

圖4是圖1的超聲換能裝置中的另一變幅桿的示意圖；

圖5是圖1的超聲換能裝置中的再一變幅桿的示意圖；

圖6是圖1的超聲換能裝置中的另一變幅桿的示意圖；

圖7是現(xiàn)有技術(shù)的換能器的晶堆中的壓電片的壓力分布圖；

圖8是是圖1所示的超聲換能裝置的換能器中的晶堆的壓電陶瓷片的壓力分布圖；

圖9是現(xiàn)有技術(shù)的換能器的晶堆中的壓電片的振動(dòng)位移分布圖；

圖10是是圖1所示的超聲換能裝置的換能器中的晶堆的壓電陶瓷片的振動(dòng)位移分布圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施方式中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

請(qǐng)參考圖1和圖2，為本發(fā)明提供的一種超聲換能裝置100，包括換能器1和變幅桿2；換能器1包括預(yù)緊桿11、和依次套設(shè)于預(yù)緊桿11上的后質(zhì)量塊12、晶堆13、和前質(zhì)量塊14；變幅桿2包括輸入桿21和輸出桿22，輸入桿21包括沿著其軸向相背設(shè)置的輸入端21a和連接端21b，輸入端21a連接于前質(zhì)量塊14上；輸出桿22連接于輸入桿21的連接端21b上，且輸出桿22的中心軸垂直于輸入桿21的中心軸，輸出桿22具有沿著自身軸向相背設(shè)置的第一輸出端221和第二輸出端222，第一輸出端221和第二輸出端222皆用于連接超聲刀(尤其連接超聲刀刀桿)。

通過(guò)將變幅桿2設(shè)置為輸入桿21連接輸出桿22的t形結(jié)構(gòu)，來(lái)與換能器1連接形成諧振體，其中，換能器1經(jīng)過(guò)t形的變幅桿2傳遞轉(zhuǎn)換后，t形的變幅桿2由于其特殊的振動(dòng)特性，從而使得變幅桿2在同一振動(dòng)模態(tài)下的整體的振動(dòng)位移分布為：輸入桿21和輸出桿22皆分別沿著自身軸向分布振動(dòng)位移，而輸入桿21基本處于輸出桿22的節(jié)點(diǎn)位，使得輸入桿21沿著自身軸向的振動(dòng)位移分布較小，而變幅桿2的輸出桿22則具有較大的振動(dòng)位移分布，進(jìn)而使第一輸出端221和第二輸出端222產(chǎn)生高頻的振動(dòng)，并且在振動(dòng)位移分布至第一輸出端221和第二輸出端222時(shí)，振動(dòng)幅度被進(jìn)一步放大，使得第一輸出端221和第二輸出端222具有較大、較強(qiáng)的振幅，從而實(shí)現(xiàn)了一種振幅較強(qiáng)、能夠雙驅(qū)動(dòng)輸出的超聲換能裝置100。

請(qǐng)參照?qǐng)D2，為換能器的分解示意圖。

在本實(shí)施例中，預(yù)緊桿11包括桿頭111和桿體112，桿頭111的直徑大于桿體112的直徑，其中，桿頭111和桿體112可以一體成型，還可以為桿頭111螺紋連接于桿體112中。預(yù)緊桿11用于為晶堆13提供預(yù)緊力來(lái)使晶堆13均勻 受壓力，從而將晶堆13的電能高效率轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

在本實(shí)施例中，后質(zhì)量塊12為金屬塊，后質(zhì)量塊12套設(shè)于桿體112上，后質(zhì)量塊12具有相對(duì)設(shè)置的第一接觸面121和第二接觸面122，第一接觸面121抵靠于桿頭111上。

在本實(shí)施例中，晶堆13具有晶堆接觸面，晶堆接觸面貼設(shè)于第二接觸面122。其中，晶堆13包括四片壓電陶瓷片131和四片電極片132，晶堆13由一壓電陶瓷片131和一電極片132交替反復(fù)疊接而成，即晶堆13中位于首位的壓電陶瓷片131形成晶堆接觸面；晶堆13套設(shè)于桿體112上，晶堆接觸面緊貼于第二接觸面122上。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，晶堆13的結(jié)構(gòu)還可以為其它，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況而相應(yīng)設(shè)置，比如說(shuō)壓電陶瓷片131或壓電片和電極片132的數(shù)量分別為2個(gè)、6個(gè)或者8個(gè)。

在本實(shí)施例中，前質(zhì)量塊14具有前連接面141和后連接面142，前連接面141開(kāi)設(shè)連接孔(未圖示)，前連接面141緊貼于晶堆13上，即前連接面141緊貼于晶堆13中位于末位的電極片132上，內(nèi)螺紋孔與桿體112的端部的連接。前質(zhì)量塊14與后質(zhì)量塊12形成夾緊結(jié)構(gòu)為中間的晶堆13提供預(yù)緊力，使得晶堆13能夠產(chǎn)生均勻的壓力。

在本實(shí)施例中，請(qǐng)參照?qǐng)D1，輸入桿21為回旋體，優(yōu)選的，輸入桿21的輸入端21a一體連接于前質(zhì)量塊14的后連接面142上，以更好的將換能器1上產(chǎn)生的振動(dòng)傳遞至變幅桿2上，使得超聲換能裝置100的整體連接強(qiáng)度增大。優(yōu)選的，輸入桿21的外表面為直圓柱面，以使輸入桿21的振動(dòng)分布均勻，振動(dòng)模態(tài)更合理，從而變幅桿2的結(jié)構(gòu)起到進(jìn)一步優(yōu)化的作用。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，輸入桿21還可以螺釘連接于前質(zhì)量塊14上。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，輸入桿21還可以為方形桿或者錐形桿。

在本實(shí)施例中，輸出桿22為回旋體，輸出桿22一體連接于輸入桿21的連接端21b上，且輸出桿22的中心軸垂直于輸入桿21的中心軸，以形成t形的變幅桿2，第一輸出端221和第二輸出端222分別開(kāi)設(shè)螺栓孔221a，以使超聲刀的刀桿能夠螺紋連接于螺栓孔221a中，實(shí)現(xiàn)超聲換能裝置100的雙驅(qū)動(dòng)輸出。醫(yī)護(hù)人員可以根據(jù)需要選擇第一輸出端221或者第二輸出端222來(lái)連接超聲刀進(jìn)行手術(shù)，其中，當(dāng)使用其中一把超聲刀時(shí)，另一把超聲刀即使沒(méi)有使用，但仍然和使用中的超聲刀一樣做高頻振動(dòng)，這種高頻振動(dòng)會(huì)給正在工作的超聲刀 施加持續(xù)的反作用力，可以讓工作中的超聲刀始終和軟組織保持有利的接觸。

請(qǐng)參照?qǐng)D3，為變幅桿2的基本原理有限元分析示意圖，輸入桿21沿著自身軸向的振動(dòng)位移基本分布于連接端21b處，從圖3可以得知，輸入桿21的最大軸向振動(dòng)位移為0.15；而輸出桿22沿著自身軸向的振動(dòng)位移分布較大，并且在第一輸出端221和第二輸出端222處基本處于波峰或波谷位置，同樣的，從圖3可以得知，輸入桿21的最大軸向振動(dòng)位移為1；綜上，可以得出，輸出桿22的最大軸向振動(dòng)位移/輸出桿22的最大軸向振動(dòng)位移為1/0.15＝6.67，即通過(guò)t形的變幅桿2放大，換能器1的振動(dòng)位移可以放大到6倍以上從第一輸出端221和第二輸出端222輸出。

綜上，發(fā)明人通過(guò)對(duì)變幅桿2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性革新，來(lái)將變幅桿2的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)移至輸入桿21的連接端21b附近處，以使得輸入桿21的振動(dòng)位移基本分布于節(jié)點(diǎn)處，而輸出桿22沿著自身軸向則具有較大的振動(dòng)位移分布，并且在第一輸出端221和第二輸出端222的振動(dòng)處于波峰或波谷的位置，從而十分有效地放大了來(lái)自換能器1的振動(dòng)位移。

為了更進(jìn)一步的改進(jìn)，請(qǐng)參照?qǐng)D1，輸出桿22之位于輸入桿21兩側(cè)的桿身以輸入桿21為中心呈鏡像對(duì)稱。

通過(guò)使輸出桿22位于輸入桿21兩側(cè)的桿身鏡像對(duì)稱，以使第一輸出端221和第二輸出端222具有相同的振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅度。

在本實(shí)施例中，輸出桿22位于輸入桿21兩側(cè)的桿身的沿著自身軸向的長(zhǎng)度、形狀相同。即輸出桿22的中間位置連接于輸入桿21的連接端21b上。超聲換能裝置100工作振動(dòng)時(shí)，第一輸出端221和第二輸出端222輸出的振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅度相同?？梢岳斫獾?，如圖4所示，第一輸出端221所在的桿身沿著自身軸向的長(zhǎng)度可以小于第二輸出端222所在的桿身沿著自身軸向的長(zhǎng)度；或者如圖5所示，第一輸出端所在的桿身沿著自身軸向的長(zhǎng)度可以大于第二輸出端222所在的桿身沿著自身軸向的長(zhǎng)度。

可以理解的，第一輸出端221所在的桿身為第一桿體，第二輸出端222所在的桿身為第二桿體，即輸出桿22分別包括自中心位置延伸至第一輸出端221的第一桿體、以及自中心位置延伸至第二輸出端222的第二桿體，第一桿體和第二桿體以輸入桿22為中心呈鏡像對(duì)稱。

為了更進(jìn)一步的改進(jìn)，輸出桿22沿著自身軸向的長(zhǎng)度小于或等于輸入桿21 沿著自身軸向的長(zhǎng)度。

通過(guò)將輸出桿22和輸入桿21兩者之間的相對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行限定，進(jìn)一步優(yōu)化變幅桿2的結(jié)構(gòu)，以使變幅桿2的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠盡量接近輸入桿21的輸入面，使得輸出桿22能夠進(jìn)一步放大來(lái)自換能器1的振動(dòng)位移。

在本實(shí)施例中，優(yōu)選的，輸出桿22的直徑等于輸入桿21的直徑，優(yōu)化了變幅桿2的結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)一步加強(qiáng)輸出桿22上的振動(dòng)，進(jìn)一步提高輸出桿22的第一輸出端221和第二輸出端222的振動(dòng)位移。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，輸出桿22的直徑還可以小于輸入桿21的直徑。

為了更進(jìn)一步的改進(jìn)，請(qǐng)參照?qǐng)D1，輸出桿22的外表面為直圓柱面。

通過(guò)將輸出桿22的外表面為直圓柱面，提高變幅桿2的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，優(yōu)化振動(dòng)模態(tài)。

在本實(shí)施例中，輸出桿22的外表面為光滑的直圓柱面，光滑的外表面使得輸出桿22的振動(dòng)能夠分布得更為均勻，亦可提高直圓柱的桿身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免變幅桿2在使用過(guò)程中斷裂，進(jìn)一步提高超聲換能裝置100的可靠性。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，如圖6所示，輸出桿22還可以為其它結(jié)構(gòu)，輸出桿22位于輸入桿21兩側(cè)的桿身的外表面皆為錐面，且第一輸出端221和第二輸出端222皆為直徑較小的端面。其中，通過(guò)將輸出桿22設(shè)置為兩個(gè)錐面，并且第一輸出端221和第二輸出端222皆為錐面中較小的端面，來(lái)進(jìn)一步加大第一輸出端221和第二輸出端222的振動(dòng)位移，從而進(jìn)一步增強(qiáng)超聲換能裝置100的振動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，輸出桿22還可以方形桿。

為了更進(jìn)一步的改進(jìn)，請(qǐng)參照?qǐng)D2，桿頭111為柱形桿頭111，桿頭111包括桿頭接觸面111a，后質(zhì)量塊12的第一接觸面121貼設(shè)于桿頭接觸面111a。

通過(guò)外周面為光滑的柱形桿頭111產(chǎn)生均勻的壓力分布，繼而能夠?qū)⒘σ来尉鶆騻鬟f給其后的后質(zhì)量塊12和晶堆13，來(lái)讓超聲換能裝置100的的晶堆13能夠獲取更為均勻的壓力分布，從而有效提高換能器1的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于應(yīng)力分布不均勻而產(chǎn)生無(wú)謂的熱量來(lái)影響超聲換能裝置100的壓縮幅度和功率輸出的情況，實(shí)現(xiàn)超聲換能裝置100的低阻抗、高輸出的性能。

在本實(shí)施例中，預(yù)緊桿11可為螺桿，其螺桿頭111的周面一體設(shè)置柱形凸起形成桿頭111。當(dāng)桿頭111受到壓力時(shí)，由于桿頭111的外周面為光滑的柱面， 故其內(nèi)部的壓力會(huì)均勻分布，避免如現(xiàn)有技術(shù)中的預(yù)緊桿1110的桿頭111的外周面為多邊形而在邊角上集中應(yīng)力，從而使得壓力分布不均勻，影響后續(xù)壓力的傳遞。桿體112遠(yuǎn)離桿頭111的端部設(shè)置外螺紋(未圖示)，以便于前金屬塊進(jìn)行連接。當(dāng)后質(zhì)量塊12、晶堆13、前質(zhì)量塊14依次套設(shè)于桿體112上，且前質(zhì)量塊14通過(guò)螺紋連接并緊密貼設(shè)于桿體112的端部上時(shí)，桿頭111受力，并將該應(yīng)力傳遞給其后的后質(zhì)量塊12、晶堆13，晶堆13受到均勻的壓力，當(dāng)晶堆13連接上具有與超聲換能裝置100相同頻率的高頻電信號(hào)時(shí)，晶堆13中的壓電陶瓷片131與超聲換能裝置100一起產(chǎn)生高頻諧振，從而將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

表1壓電陶瓷片131壓力分布

為了直觀得出本實(shí)施例中的換能器1與現(xiàn)有技術(shù)中的換能器1相對(duì)比具有更優(yōu)異的性能，如圖7、圖8和上表1所示，對(duì)于晶堆13由于預(yù)緊力而產(chǎn)生的壓力分布通過(guò)abagus有限元計(jì)算，通過(guò)晶堆13中的壓電片上最小壓力與最大壓力的比值確定壓電片由于預(yù)緊而產(chǎn)生的壓力均勻度。現(xiàn)有技術(shù)中的換能器1的預(yù)緊桿11為六角頭螺桿，其頭部容易在棱邊處堆積應(yīng)力，導(dǎo)致六角頭的應(yīng)力分布不均勻，進(jìn)而依次傳遞給其后的后質(zhì)量塊12、晶堆13和前質(zhì)量塊14的預(yù)緊力亦分布不均，由表1可知，現(xiàn)有技術(shù)中的壓電片最小與最大壓力比值為0.67；而本發(fā)明提供的換能器1通過(guò)外周面為光滑的桿頭111使其內(nèi)部的應(yīng)力分布均勻，繼而能夠?qū)⒘σ来尉鶆騻鬟f給其后的后質(zhì)量塊12、晶堆13、前質(zhì)量塊14和變幅桿2，使得晶堆13中的壓電陶瓷片131由于預(yù)緊力而產(chǎn)生的壓力分布更為均勻，由表1可知，本發(fā)明的壓電片最小與最大壓力比值為0.88。通過(guò)上述表1的對(duì)比可證本發(fā)明的實(shí)施例中的外周面光滑的桿頭111的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了更均勻的壓力分布，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于應(yīng)力分布不均勻而產(chǎn)生無(wú)謂的熱量來(lái)影響換能器1的壓縮幅度和功率輸出的情況，實(shí)現(xiàn)超聲換能裝置100100的低 阻抗、高輸出的性能。

表2厚度方向位移分布

為了直觀得出本實(shí)施例中的換能器1與現(xiàn)有技術(shù)中的換能器1相對(duì)比具有更優(yōu)異的性能，如圖9、圖10以及上表2所示，利用abaqus精確的仿真計(jì)算得到晶堆13中的壓電片在諧振狀態(tài)下的位移分布，從位移分布可以看出壓電片的振動(dòng)均勻度。通過(guò)上表2對(duì)兩種換能器1的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的換能器1具備更好的振動(dòng)均勻度，進(jìn)而具備更好的諧振特性，輸出的能量更集中，更利于手術(shù)切割，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)超聲換能裝置100100的低阻抗、高輸出的性能。

為了更進(jìn)一步的改進(jìn)，第一接觸面121的邊緣設(shè)置倒角或倒圓角。

在本實(shí)施例中，第一接觸面121的邊緣設(shè)置倒角，以使得對(duì)后質(zhì)量塊12周面的直徑做適度的遞增結(jié)構(gòu)，近似形成為帶一過(guò)渡臺(tái)階的圓環(huán)面，從而使得后質(zhì)量塊12能夠更好的接收到桿頭111的預(yù)緊力同時(shí)，也進(jìn)一步改善超聲換能裝置100的諧振特性。第二接觸面122為平整的圓環(huán)面。在其它實(shí)施例中，第一接觸面121的邊緣還可以設(shè)置倒圓角。

為了更進(jìn)一步的改進(jìn)，第一接觸面121的邊緣與桿頭接觸面111a的邊緣重合。

通過(guò)將第一接觸面121的邊緣與桿頭接觸面111a的邊緣重合，使得桿頭111上的預(yù)緊力能夠較大效率的傳遞給后質(zhì)量塊12，為其后的晶堆13提供更為均勻和更為集中的能量，從而使得晶堆13中的壓電陶瓷片131的壓力和振動(dòng)更加均勻。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，后質(zhì)量塊12與桿頭111的接觸面積還可以根據(jù)實(shí)際情況而相應(yīng)改變。

為了更進(jìn)一步的改進(jìn)，第二接觸面122的面積大于晶堆接觸面的面積。

通過(guò)使得第二接觸面122的面積大于晶堆接觸面的面積，使得后質(zhì)量塊12的內(nèi)徑小于晶堆13的內(nèi)徑，進(jìn)而使得來(lái)自后質(zhì)量塊12的壓力能夠更均勻分布于晶堆13上，避免晶堆13內(nèi)徑出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，從而保證晶堆13中的壓 電陶瓷片131更為均勻的振動(dòng)。

在本實(shí)施例中，發(fā)明人通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明，發(fā)現(xiàn)第二接觸面122的內(nèi)徑比晶堆接觸面的內(nèi)徑小0.2～0.5mm時(shí)，來(lái)自后質(zhì)量塊12的壓力能夠更均勻分布于晶堆13上，能夠更進(jìn)一步的保證晶堆13中的壓電陶瓷片131更為均勻的振動(dòng)。

為了更進(jìn)一步的改進(jìn)，換能器1還包括法蘭3，法蘭3突設(shè)于前連接面141所在的外表面上(換能器節(jié)點(diǎn)處)。

在本實(shí)施例中，前質(zhì)量塊14的前連接面141所在的外表面突設(shè)環(huán)形突起即法蘭3，以使法蘭3位于換能器1的節(jié)點(diǎn)上。通過(guò)將法蘭3突設(shè)于前質(zhì)量塊14，在不影響變幅桿2的振動(dòng)輸出的同時(shí)，能夠較佳的將超聲換能裝置100固定于外部設(shè)備(例如超聲刀的外殼)上，對(duì)整個(gè)超聲換能裝置100起到機(jī)械支撐作用。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，法蘭3還可以設(shè)置于超聲換能裝置100的其它位置上。

為了更進(jìn)一步的改進(jìn)，輸入桿21的輸入端21a連接于后連接面142上，輸入端21a的直徑小于后連接面142的直徑。

在本實(shí)施例中，輸入桿21與前質(zhì)量塊14的連接處形成臺(tái)階的結(jié)構(gòu)，以使逐步增大換能器1的傳遞過(guò)來(lái)振動(dòng)幅度，從而進(jìn)一步增強(qiáng)超聲換能裝置100的振動(dòng)輸出。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，輸入桿21的外表面還可以與前質(zhì)量塊14的外表面平齊，或者，輸入端21a略大于后連接面142，等等。

當(dāng)超聲換能裝置100開(kāi)始裝配時(shí)，首先需要依次將后質(zhì)量塊12和晶堆13依次套設(shè)于桿體112上，并緊貼相鄰的部件；接著將與變幅桿2一體連接的前質(zhì)量塊14的前連接面141通過(guò)螺紋連接于桿體112上，并緊貼于晶堆13上，為晶堆13提供由預(yù)緊力產(chǎn)生的壓力；待超聲換能裝置100安裝好以后，緊接著將超聲換能裝置100連接于電源上，晶堆13中的壓電陶瓷片131將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，進(jìn)而傳遞給變幅桿2的第一輸出端221和第二輸出端222，使得變幅桿2實(shí)現(xiàn)振動(dòng)。

本發(fā)明提供的超聲換能裝置100通過(guò)將變幅桿2設(shè)置為輸入桿21連接輸出桿22的t形結(jié)構(gòu)，來(lái)與換能器1連接形成諧振體，其中，換能器1經(jīng)過(guò)t形的變幅桿2傳遞轉(zhuǎn)換后，t形的變幅桿2由于受其結(jié)構(gòu)影響，而使得變幅桿2在同一振動(dòng)模態(tài)下的整體的振動(dòng)位移分布為：輸入桿21和輸出桿22皆分別沿著自 身軸向分布振動(dòng)位移，而由于變幅桿2的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)位于輸入桿21的連接端21b附近，使得輸入桿21沿著自身軸向的振動(dòng)位移分布較小，基本處于節(jié)點(diǎn)，而與變幅桿2的輸出桿22則具有較大的振動(dòng)位移分布，進(jìn)而使第一輸出端221和第二輸出端222產(chǎn)生高頻的振動(dòng)，并且在振動(dòng)位移分布至第一輸出端221和第二輸出端222時(shí)，振動(dòng)幅度被進(jìn)一步放大，使得第一輸出端221和第二輸出端222具有較大、較強(qiáng)的振幅，從而實(shí)現(xiàn)了一種振幅較強(qiáng)、能夠雙驅(qū)動(dòng)輸出的超聲換能裝置100。

本發(fā)明提供的超聲換能裝置100還通過(guò)使輸出桿22位于輸入桿21兩側(cè)的桿身鏡像對(duì)稱，以使第一輸出端221和第二輸出端222具有相同的振動(dòng)頻率和振動(dòng)幅度。

本發(fā)明提供的超聲換能裝置100還通過(guò)外周面為光滑的桿頭111產(chǎn)生均勻的壓力分布，繼而能夠?qū)⒘σ来尉鶆騻鬟f給其后的后質(zhì)量塊12和晶堆13，來(lái)讓超聲換能裝置100的的晶堆13能夠獲取更為均勻的壓力分布，從而有效提高換能器1的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，避免了現(xiàn)有技術(shù)中由于應(yīng)力分布不均勻而產(chǎn)生無(wú)謂的熱量來(lái)影響超聲換能裝置100的壓縮幅度和功率輸出的情況，實(shí)現(xiàn)超聲換能裝置100的低阻抗、高輸出的性能。

本發(fā)明提供的超聲換能裝置100還通過(guò)將法蘭3突設(shè)于前質(zhì)量塊14，在不影響變幅桿2的振動(dòng)輸出的同時(shí)，能夠較佳的將超聲換能裝置100固定于外部設(shè)備(例如超聲刀的外殼)上，對(duì)整個(gè)超聲換能裝置100起到機(jī)械支撐和保護(hù)作用。

本發(fā)明提供的超聲換能裝置100還通過(guò)使輸入桿21與前質(zhì)量塊14的連接處形成臺(tái)階的結(jié)構(gòu)，以使逐步增大換能器1的傳遞過(guò)來(lái)振動(dòng)幅度，從而進(jìn)一步增強(qiáng)超聲換能裝置100的振動(dòng)輸出

以上是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。