夾心式壓電換能器超聲振子特性測試裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種夾心式壓電換能器超聲振子特性測試裝置，屬于超聲振子實驗和應用領域。該裝置包括：用于夾緊超聲振子法蘭(8)和給工具頭(17)壓力的加載機構(gòu)；便于加載和測力的導向機構(gòu)；測力機構(gòu)；用于驅(qū)動振子的超聲組件；振子裝夾機構(gòu)。夾緊機構(gòu)的夾緊力和加載機構(gòu)的載荷由氣缸(4)提供，力由氣源三聯(lián)件(6)調(diào)控，工具頭(17)的液體負載由它浸入水槽(24)液體中的深度來調(diào)控。利用此裝置便可測量出振子法蘭(8)夾緊力變化時、工具頭(17)固體載荷變化時和工具頭液體載荷變化時超聲振子(15)的各項特性參數(shù)，從而評價該振子設計的合理性并指導其應用。
【專利說明】夾心式壓電換能器超聲振子特性測試裝置

【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型涉及超聲振子特性測試，具體地說本實用新型涉及超聲振子的振動模態(tài)、溫度、振幅、阻抗及諧振頻率等參數(shù)的測量。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來在功率超聲的許多應用中，如超聲清洗、超聲加工和超聲焊接等，越來越廣泛地采用夾心式壓電換能器。主要原因在于此類換能器的電聲效率高、功率容量大以及換能器結(jié)構(gòu)和形狀可以根據(jù)不同的應用分別進行設計，使用者可以針對不同的應用，對換能器的不同參數(shù)，如電聲效率、輸入阻抗、振速比以及頻帶寬度等分別進行優(yōu)化設計。
[0003]夾心式壓電超聲換能器主要由三部分組成，即壓電陶瓷元件、金屬后蓋板和金屬前蓋板。夾心式壓電換能器超聲振動系統(tǒng)則是在換能器的基礎上加上擴大振幅的變幅桿和與工件接觸的工具頭。超聲振子的主要參數(shù)為振動振幅、諧振頻率和阻抗特性，后兩個因素對振子的振幅影響很大。另外，振動過程中工具頭載荷的變化、振子法蘭夾持狀態(tài)的不同、振子的溫度等因素都對換能器的諧振頻率、阻抗特性以及振動模態(tài)有一定的影響，研究這些因素對超聲振子的各項特性的影響規(guī)律對于更好地應用振子很有意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一個超聲振子性能的檢測平臺，利用該裝置能夠使振子在可變振子法蘭夾緊力、可變工具頭固體載荷和可變工具頭液體載荷三種情況下振動，同時能測量出三種情況下超聲振子的振動模態(tài)、工具頭振幅、諧振頻率、阻抗特性、工具頭溫度、以及工具頭在水中所產(chǎn)生的聲強大小等，從而對裝配后的振子是否達到設計要求進行評價，根據(jù)所得的振子綜合性能合理地使用振子，使超聲振動系統(tǒng)達到更高的效率。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供的技術(shù)方案如下:
[0006]本實用新型的振子特性測試裝置包括加載機構(gòu)、導向機構(gòu)、測力機構(gòu)、超聲組件、振子裝夾機構(gòu)以及各種振子特性測量儀器儀表。
[0007]加載機構(gòu)主要由氣源三聯(lián)件、手動換向閥、節(jié)流閥和氣缸組成，換向閥和氣缸直接安裝在平臺底板上，氣源三聯(lián)件懸掛在L形支座的左平面上，L形支座右平面可用于安裝水平支架，振子裝在支架上可實現(xiàn)振子浸入水槽液體中，通過改變振子浸入液體的高度，測量振子在不同液體負載中振動的聲強。
[0008]導向機構(gòu)包括傳感器下墊的平滑墊片，安裝平滑墊片和套筒的套筒支座，安裝套筒支座底板的法蘭式滑塊和直線導軌，直線導軌用螺栓固定在氣缸有桿腔右側(cè)的平臺底板上，使用氣缸活塞桿推動傳感器連同套筒水平向右運動；套筒支座用螺栓與傳感器右端面聯(lián)接，使傳感器右端面與套筒支座貼緊。
[0009]測力機構(gòu)由稱重傳感器和顯示儀表組成，實現(xiàn)工具頭載荷大小和超聲振子的法蘭夾緊力的測量。稱重傳感器左側(cè)通過螺紋轉(zhuǎn)換接頭與氣缸活塞桿相連，右側(cè)與安裝套筒的套筒支座面接觸，同時中心用螺栓固定在套筒支座上。傳感器底部墊上平滑墊片，該墊片用螺栓鎖緊在套筒支座上。
[0010]超聲組件由超聲振子、超聲電源組成，超聲振子由換能器、變幅桿和工具頭組成。換能器由前金屬蓋板、電極片、壓電陶瓷片、后金屬蓋板組成，超聲電源輸出超聲頻率(16kHz以上)的電壓通過電極片作用在壓電陶瓷上。壓電陶瓷的逆壓電效應使換能器產(chǎn)生超聲頻率的振動，變幅桿的聚能作用使工具頭端面的振幅擴大。當測量超聲振子空載而振子法蘭夾緊力可變時，振子軸線與支座法蘭重合，工具頭端面向右，套筒向右壓緊振子法蘭；當測量超聲振子可變工具頭固體載荷時，超聲振子用螺栓固定在支座法蘭上，工具頭端面向左與套筒內(nèi)的柱形工件接觸；當測量超聲振子可變工具頭液體載荷時，超聲振子豎直安裝在水平支架上，工具頭在下浸入水槽液體中。
[0011]振子裝夾機構(gòu)由支座法蘭、振子支座和水平支架組成，支座法蘭用螺栓安裝在振子支座上，其上圓周分布著與振子法蘭上通孔對應的通孔，超聲振子法蘭可通過套筒壓緊或用螺栓固定在支座法蘭上；用于豎直安裝超聲振子的水平支架安裝在L形支座右平面上。
[0012]測量儀器儀表主要包括阻抗分析儀、稱重傳感器及其顯視表、數(shù)顯千分表、紅外溫度測量儀和超聲聲強測量儀。
[0013]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下特點:
[0014]1.在一個平臺上實現(xiàn)包括可變振子法蘭夾緊力、可變工具頭固體載荷和可變工具頭液體載荷三種不同情況下振子性能的測量；
[0015]2.巧妙地利用稱重傳感器測量工具頭所受負載和套筒與振子支架對振子法蘭的夾緊力，使測力簡單、可靠，以直線導軌作為導向機構(gòu)的主要元件，使施力均勻；
[0016]3.測量所得性能參數(shù)多，能較全面的反映出振子的實際特性和設計合理性，為應用振子提供指導作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的夾心式壓電換能器超聲振子特性測試裝置的裝配圖。
[0018]圖2是本實用新型的裝置裝配后的軸測圖。
[0019]圖中1.平臺底板，2.氣缸LB腳架，3.手動換向閥，4.氣缸，5.節(jié)流閥，6.氣源三聯(lián)件，7.L形支座，8.振子法蘭，9.水平支架10.螺紋轉(zhuǎn)換接頭，11.套筒支座，12.稱重傳感器，13.螺栓，14.超聲振子，15.換能器，16.振子支座，17.工具頭，18.支座法蘭，19.套筒，20.滑塊，21.幾字形板，22.平滑墊片，23.直線導軌，24.水槽。

【具體實施方式】
[0020]如圖1和圖2所示裝置，具體結(jié)構(gòu)如下:
[0021]氣缸(4)通過LB腳架(2)水平安裝在平臺底板(I)上，活塞桿向右伸出與螺紋裝換接頭(10)聯(lián)接，轉(zhuǎn)換接頭右端與稱重中傳感器(12)聯(lián)接，傳感器底部墊上平滑墊片
[22]，墊片對傳感器受力變形影響很小，平滑墊片用螺釘安裝在套筒支座(11)上；為保證傳感器右端面與套筒支座緊密接觸，用一個螺栓(13)將傳感器與套筒支座連接，套筒支座上安裝兩個幾字形板(21)防止力過大時傳感器繞其軸線轉(zhuǎn)動；套筒支座和套筒(19)用四個螺栓聯(lián)接，為保證套筒水平運動，將套筒支座安裝在直線導軌(23)的法蘭式滑塊(20)上，直線導軌與平臺底板(I)用螺栓聯(lián)接；振子支架(16)安裝在平臺底板上，其上用螺栓聯(lián)接一個振子法蘭(18)，用來水平安裝超聲振子(14)。
[0022]為更好的得到超聲振子(14)的特性，將振子性能測試分為如下三種情況:
[0023]1.可變振子法蘭⑶夾緊力
[0024]超聲振子(14)水平放置，換能器(15)在左，工具頭(17)在右。它的法蘭右端面與支座法蘭(18)依靠氣缸(4)給套筒(19)向右的力貼緊，通過調(diào)整氣源三聯(lián)件￠)的減壓閥使氣缸輸出力可變，實現(xiàn)振子法蘭夾緊力的變化，稱重傳感器(12)的顯示表顯示夾緊力的大小。此時，振子(14)空載，在某一夾緊力下，接通超聲電源，用阻抗分析儀測量振子的諧振頻率、機電耦合系數(shù)等參數(shù)，用數(shù)顯千分表測量工具頭振幅。整理數(shù)據(jù)得到法蘭夾緊力大小對振子特性的影響規(guī)律。
[0025]2.可變工具頭(17)固體載荷
[0026]超聲振子(14)左右翻轉(zhuǎn)180°水平放置，換能器(15)在右，工具頭(17)在左，工具頭端面與放置在套筒(19)內(nèi)的柱形工件接觸，振子法蘭與振子支座上的支座法蘭(18)用螺栓和螺母牢固連接。同樣，調(diào)整減壓閥改變氣缸(4)向右的輸出力從而改變工具頭
(17)的載荷，用傳感器(12)測出載荷的大小。在特定的載荷下，接通超聲電源，振子開始振動。通過阻抗分析儀測量振子的諧振頻率和機電耦合系數(shù)等參數(shù)，用千分表測量振子的振幅，用紅外溫度測量儀測量振子溫度。整理數(shù)據(jù)，從而得到不同固體載荷對振子振動特性的影響規(guī)律。
[0027]3.可變工具頭(17)液體阻抗
[0028]超聲振子(14)豎直安裝在水平支架(9)上，工具頭(15)向下穿過水平支架的中心孔到達水槽(24)液面下。接通超聲電源，超聲振子的工具頭(15)的振動在液體中產(chǎn)生空化作用，用聲強測量儀測出工具頭周圍液體聲強，從而得到空化作用的強度，用阻抗分析儀得出振子的諧振頻率。改變液面深度可以測出不同液體阻抗下的空化作用強弱和諧振頻率，得到液體阻抗大小對振子特性的影響規(guī)律。
【權(quán)利要求】
1.一種夾心式壓電換能器超聲振子特性測試裝置，其特征在于，包括:加載機構(gòu)，用于夾緊振子法蘭(8)和施力給工具頭(17);導向機構(gòu)，方便對超聲振子(14)加載和測量載荷大??；測力機構(gòu)，用于測量載荷大??；振子裝夾機構(gòu)，用于安裝和夾緊超聲振子；儀器儀表，用于測量超聲振子振動時的各項參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾心式壓電換能器超聲振子特性測試裝置，其特征在于，所述加載機構(gòu)包括:氣源三聯(lián)件￠)、手動換向閥(3)、節(jié)流閥(5)、和氣缸(4)，手動換向閥(3)和氣缸(4)直接安裝在平臺底板(I)上，氣源三聯(lián)件(6)懸掛在L形支座(7)的左平面上，L形支座(7)右平面可用于安裝水平支架(9)，超聲振子裝在水平支架(9)上可實現(xiàn)超聲振子浸入水槽(24)液體中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾心式壓電換能器超聲振子特性測試裝置，其特征在于，所述導向機構(gòu)包括:傳感器(12)下墊的平滑墊片(22)，安裝平滑墊片和套筒(19)的套筒支座(11)，安裝套筒支座底板的法蘭式滑塊(20)和直線導軌(23);直線導軌用螺栓固定在氣缸(4)有桿腔右側(cè)的平臺底板(I)上，使氣缸(4)活塞桿推動傳感器(12)連同套筒(19)水平向右運動；套筒支座(11)中心用螺栓與傳感器(12)聯(lián)接，使傳感器右端面與套筒支座(11)貼緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾心式壓電換能器超聲振子特性測試裝置，其特征在于，所述測力機構(gòu)包括:稱重傳感器(12)及其顯示表；稱重傳感器(12)左側(cè)通過螺紋轉(zhuǎn)換接頭(10)與氣缸(4)活塞桿相連，右側(cè)與套筒支座(11)面接觸，同時中心用螺栓(13)固定在套筒支座(11)上，稱重傳感器(12)底部墊上平滑墊片(22)，該墊片用螺栓鎖緊在套筒支座(11)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾心式壓電換能器超聲振子特性測試裝置，其特征在于，所述超聲組件包括:超聲振子(14)和超聲電源，當在超聲振子(14)空載而振子法蘭(8)夾緊力大小可變情形下測量各項參數(shù)時，振子軸線與支座法蘭(18)重合，工具頭(17)端面向右，套筒(19)向右壓緊振子法蘭(8);當在超聲振子(14)工具頭(17)固體載荷可變情形下測量時，超聲振子用螺栓固定在支座法蘭(18)上，工具頭(17)端面向左與套筒(19)內(nèi)的柱形工件接觸；當在超聲振子(14)工具頭(17)液體載荷可變情形下測量時，超聲振子(14)豎直安裝在水平支架(9)上，工具頭(17)向下浸入水槽(24)液體中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾心式壓電換能器超聲振子特性測試裝置，其特征在于，所述振子裝夾機構(gòu)包括:支座法蘭(18)、振子支座(16)、套筒(19)和水平支架(9)，支座法蘭(18)用螺栓安裝在振子支座(16)上，其上圓周分布著與振子法蘭(8)上通孔對應的通孔，超聲振子法蘭(8)可通過套筒(19)壓緊或用螺栓固定在支座法蘭(18)上；用于豎直安裝超聲振子的水平支架(9)安裝在L形支座(7)右平面上。
【文檔編號】G01M13/00GK204008095SQ201420400208
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】唐勇軍, 溫凱林, 唐岳, 許俊, 楊軍 申請人:廣東工業(yè)大學