Ультразвуковая колебательная система



Ультразвуковая колебательная система
Ультразвуковая колебательная система

 


Владельцы патента RU 2465071:

Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро автоматики" (RU)

Изобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к конструкциям ультразвуковых колебательных систем, и может быть использована при разработке ультразвуковой медицинской аппаратуры. Техническим результатом изобретения является увеличение амплитуды колебаний, повышение надежности работы, уменьшение габаритных размеров и массы. Ультразвуковая колебательная система выполнена в форме тела вращения и образована последовательно расположенными двумя металлическими накладками, отражающей и концентрирующей, и двумя пьезоэлектрическими элементами, расположенными между накладками, акустически связанными между собой стяжным элементом. Пьезоэлементы выполнены дисковыми, отражающая накладка состоит из последовательно расположенных резьбового упора с центральным отверстием и дисковой накладки. Концентрирующая накладка содержит три участка: первый - цилиндрический с фланцем, второй - экспоненциальный и третий - выходной цилиндрический с резьбовым глухим отверстием для крепления волновода-инструмента, а стяжной элемент выполнен в виде стакана с внутренней резьбой и двумя отверстиями: круглым в центре днища и прямоугольным на боковой поверхности стакана. Первый цилиндрический участок концентрирующей накладки выполнен резьбовым до фланца, на этом участке дополнительно размещена накидная гайка. 2 ил.

 

Изобретение относится к области ультразвуковой техники и служит для получения и передачи механических колебаний дозвуковой, звуковой или сверхзвуковой частоты и может быть использовано в любых технологических процессах, идущих с применением ультразвука.

Известны ультразвуковые колебательные системы (пьезокерамические преобразователи) типа Ланжевена [Е.Кикучи. Ультразвуковые преобразователи. М.: Издательство «Мир», 1972, с.472.; Патент ФРГ №2711306 МКИ В06В 3/00]. Этот тип преобразователей представляет собой мозаику, набранную из кусков кварца γ-среза и заключенную между двумя металлическими пластинами. Недостатками пьезокерамических преобразователей данного типа являются: нетехнологичность конструкции, сложность сборки и малая мощность.

Известны также ультразвуковые колебательные системы (излучатели) типа «сэндвич» [С.С.Волков, Б.Я.Черняк. Сварка пластмасс ультразвуком. М.: Химия, 1986, с.126.; Новиков А.А., Негров Д.А., Шустер Я.Б. К вопросу определения усилия стяжки пьезокерамических преобразователей продольного типа. Материалы III Международного научно-технологического конгресса «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения». - Омск. - 2005. - Ч.1. - С.177-178; Свидетельство на полезную модель RU №18655. Ультразвуковой керамический излучатель. / Новиков А.А., Шустер Я.Б., Негров Д.А. Опубл. БИ №19, 2001], одна из которых и выбрана в качестве прототипа [RU 2141386 «Ультразвуковая колебательная система» Барсуков Р.В. и др.], как наиболее близкая по технической сущности к предлагаемой. Она представляет собой колебательную систему в форме тела вращения, образованную последовательно расположенными и акустически связанными между собой двумя металлическими накладками и двумя пьезоэлектрическими элементами, расположенными между накладками, причем образующая тела вращения колебательной системы выполнена в виде непрерывной кусочногладкой кривой, а тело вращения состоит из трех участков: первый цилиндрический, второй участок с экспоненциальным или плавным радиусным изменением диаметра сечения, и третий - цилиндрический, при этом кольцевые пьезоэлектрические элементы расположены между экспоненциальным и первым цилиндрическим участком, которые соединены стяжным элементом (например, болтом или шпилькой).

Излучатели типа «сэндвич» свободны от недостатков излучателей типа Ланжевена, описанных выше. Они просты в изготовлении и сборке, однако при малых диаметрах используемых пьезоколец диаметр внутреннего отверстия в пьезокольце становится величиной, ограничивающей энергетические параметры колебательной системы, поскольку с одной стороны уменьшает активную поверхность пьезоэлемента, а с другой - приводит к необходимости такого уменьшения диаметра стяжной шпильки или болта, при котором прочностные характеристики стяжного элемента не обеспечивают надежной работы колебательной системы в целом.

Техническим результатом изобретения является увеличение амплитуды колебаний при одновременном повышении надежности работы и значительном уменьшении габаритных размеров и массы ультразвуковой колебательной системы.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, представляющем собой ультразвуковую колебательную систему в форме тела вращения, образованную последовательно расположенными двумя металлическими накладками, отражающей и концентрирующей, и двумя пьезоэлектрическими элементами, расположенными между накладками, акустически связанными между собой стяжным элементом, согласно заявляемому изобретению, пьезоэлементы выполнены дисковыми, отражающая накладка состоит из последовательно расположенных резьбового упора с центральным отверстием и дисковой накладки, концентрирующая накладка содержит три участка: первый - цилиндрический с фланцем, второй - экспоненциальный и третий - выходной цилиндрический с резьбовым глухим отверстием для крепления волновода-инструмента, а стяжной элемент выполнен в виде стакана с внутренней резьбой и двумя отверстиями: круглым в центре днища и прямоугольным на боковой поверхности стакана, причем первый цилиндрический участок концентрирующей накладки выполнен резьбовым до фланца и на этом участке дополнительно размещена накидная гайка.

Сборочный чертеж предложенного устройства приведен на рис.1 и содержит следующие элементы: концентрирующую накладку 1, вставленную в круглое отверстие стакана 2 так, чтобы ее положение фиксировалось фланцем накладки; пьезоэлементы 3 с контактными лепестками 4, выступающими через прямоугольное отверстие 5 стакана 2, зафиксированные в стакане 2 с помощью дисковой накладки 6 и фторопластовой ленты в виде разрезанного кольца 7 и резьбового упора 8. Накидная гайка 9 расположена на цилиндрическом фланцевом участке концентрирующей накладки 1.

Предложенное устройство работает следующим образом.

При подаче высокочастотного напряжения на выводы контактных лепестков 4, выступающих через прямоугольное отверстие 5 боковой поверхности стакана 2, пьезокерамические диски 3 осуществляют преобразование электрического сигнала в акустический сигнал.

При работе акустической колебательной системы [Новиков А.А., Шустер Я.Б., Негров ДА. Особенности проектирования ультразвукового пьезокерамического преобразователя полуволновой длины. Омский научный вестник. - 2009. Сер.: Приборы, машины и технологии. - №3 (83). - С.194-198.], распределение амплитуд продольных акустических колебаний по длине данной акустической системы будет выглядеть, как показано на рис.2. При этом «нулевые» колебания будут приходиться на область цилиндрического фланцевого участка концентрирующей накладки 1, поэтому расположение на этом участке накидной гайки 9 позволит использовать ее для жесткого крепления всей колебательной системы в корпусе излучателя при минимальном воздействии элементов крепления на характеристики акустической системы. С другой стороны, использование в качестве стяжного элемента стакана 2, переводит конструкцию ультразвуковой акустической системы из системы с внутренней стяжкой (наиболее широко распространенной в настоящее время как у нас в стране, так и за рубежом [Prokic M. Piezoelectric transducers modeling and characterization // MP Interconsulting. Le Locle, Switzerlend. - 2004. - 186 р.]), в конструкцию систем с внешней стяжкой. Это, во-первых, обеспечивает возможность использования в качестве пьезоактивных элементов не кольца, а диски, что при тех же диаметрах акустической системы позволяет увеличить выходную акустическую мощность, причем тем существеннее, чем меньше диаметр используемых пьезоэлементов, а во-вторых, избавляет от проблемы обеспечения необходимой прочности и надежности работы внутреннего стяжного элемента.

Прямоугольное отверстие 5 на боковой поверхности стакана 2 используется для вывода через него контактных лепестков 4, а отверстие в резьбовом упоре 7 обеспечивает не только возможность стяжки пьезодисков без их проворота, но и возможность некоторой коррекции частотных характеристик колебательной системы.

Таким образом, предлагаемая ультразвуковая акустическая система позволяет:

- получить эффективные малогабаритные ультразвуковые излучатели при использовании пьезоэлементов (дисков) малых диаметров;

- достичь минимального влияния элементов крепления акустической системы в корпусе ультразвукового излучателя;

- увеличить амплитуду колебаний системы при одновременном повышении надежности работы при значительном уменьшении габаритных размеров и массы, что крайне необходимо для современного ультразвукового медицинского оборудования.

Ультразвуковая колебательная система в форме тела вращения, образованная последовательно расположенными двумя металлическими накладками, отражающей и концентрирующей, и двумя пьезоэлектрическими элементами, расположенными между накладками, акустически связанными между собой стяжным элементом, отличающаяся тем, что пьезоэлементы выполнены дисковыми, отражающая накладка состоит из последовательно расположенных резьбового упора с центральным отверстием и дисковой накладки, концентрирующая накладка содержит три участка: первый - цилиндрический с фланцем, второй - экспоненциальный и третий - выходной цилиндрический с резьбовым глухим отверстием для крепления волновода-инструмента, а стяжной элемент выполнен в виде стакана с внутренней резьбой и двумя отверстиями: круглым в центре днища и прямоугольным на боковой поверхности стакана, причем первый цилиндрический участок концентрирующей накладки выполнен резьбовым до фланца и на этом участке дополнительно размещена накидная гайка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам и устройствам трехмерной ультразвуковой визуализации и терапии. .

Изобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к пьезокерамическим преобразователям, и может быть использовано как при разработке новых акустических систем, так и в существующем оборудовании на базе пьезокерамических преобразователей.

Изобретение относится к ультразвуковой технике, в частности к устройствам для интенсификации технологических процессов в жидких средах, и может найти применение в машиностроительной, электронной, фармацевтической промышленности, приборостроении и атомной энергетике.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для получения диагностической информации посредством ультразвука. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к ультразвуковым обрабатывающим инструментам для деформационного упрочнения и релаксационной обработки поверхностей.

Изобретение относится к средствам создания искусственных помех и может быть использовано при осуществлении виброакустического зашумления помещений. .

Изобретение относится к медицине, а именно к акустическим системам, используемым в ультразвуковых медицинских аппаратах, применяемых в хирургии и консервативной терапии.

Изобретение относится к ультразвуковой технике. .

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для деформационного упрочнения и релаксационной обработки поверхностей. .

Изобретение относится к ультразвуковым инструментам для деформационного упрочнения и релаксационной обработки поверхностей. .

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковым преобразователям для терапевтических применений

Изобретение относится к области ультразвуковой техники, а именно к устройствам, предназначенным для интенсификации технологических процессов в жидких гомогенных и гетерогенных средах ультразвуковыми широкополосными колебаниями кавитационного спектра, и может быть использовано для ускорения процессов диспергирования, гомогенизации, экстракции, создания и разделения эмульсий, дегазации, коагуляции, осветления и т.п

Изобретение относится к области пьезоэлектрических преобразователей

Изобретение относится к области ультразвуковой техники, а именно к устройствам для формирования и излучения ультразвуковых колебаний высокой интенсивности, и может быть использовано при создании ультразвуковых аппаратов, предназначенных для интенсификации технологических процессов в жидких и дисперсных средах

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке направленных эффективных волноводных преобразователей для гидроакустических средств различного назначения. Сущность изобретения заключается в том, что возбуждение волноводного преобразователя включает процесс преобразования электрической энергии в энергию распространяющейся в упругом волноводе вытекающей волны. При этом возбуждение волны производят стержневым пьезопакетом, инверсно расположенным во внутреннем пространстве полого газозаполненного цилиндрического волновода, а инверсию фронта продольной волны в пространстве обеспечивают ее отражением от внешней ненагруженной поверхности согласующей накладки. Технический результат заключается в обеспечении направленного акустического поля с низким уровнем тыльного излучения, работе в широкой полосе частот с сохранением обратимости, высокой чувствительности и излучаемой мощности, значительном уменьшении массогабаритных характеристик. 2 н. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к ультразвуковым преобразователям, используемым в медицинской технике. Сущность: преобразователь фокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU) содержит пьезоэлектрическую решетку со слоем пьезоэлектрического материала, имеющий обращенную к пациенту переднюю поверхность и заднюю поверхность. Передняя поверхность содержит излучающую поверхность и множество электродов, расположенных на передней и задней поверхностях пьезоэлектрического материала для подачи электрических сигналов на пьезоэлектрическую решетку. Электрические соединения между электродом на задней поверхности с электродом на передней поверхности пьезоэлектрической решетки выполняется посредством немагнитных проводящих соединений, проходящих через слой пьезоэлектрического материала. 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано при обработке жаропрочных, нержавеющих сплавов, хрупких материалов типа керамики, стекла, а также других труднообрабатываемых материалов. Устройство содержит основную колебательную систему, включающую основную отражающую накладку, основную излучающую накладку, основной концентратор и основные пьезоэлементы, расположенные между основными отражающей и излучающей накладками, дополнительную колебательную систему, расположенную внутри основной колебательной системы соосно ей и включающую дополнительную отражающую накладку, дополнительную излучающую накладку с дополнительным концентратором, и дополнительные пьезоэлементы, расположенные между дополнительными отражающей и излучающей накладками, при этом основной концентратор выполнен совместно с основной излучающей накладкой, а дополнительный концентратор расположен перед основным концентратором и жестко соединен с ним. Размеры элементов устройства находятся в определенной зависимости от длины волны продольных колебаний основной колебательной системы. Изобретение позволяет расширить технологические возможности устройства и повысить эффективность обработки. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностическим ультразвуковым системам. Искривленный преобразователь сфокусированного ультразвука высокой интенсивности (HIFU) содержит искривленную пьезоэлектрическую матрицу, имеющую противоположные выпуклую и вогнутую поверхности, причем вогнутая поверхность является передающей поверхностью, и множество зон акустической передачи. Множество электродов расположены на поверхностях искривленной пьезоэлектрической матрицы. Монолитно, непрерывно сформированный искривленный слой согласования заранее сформирован с требуемой кривизной искривленной матрицы преобразователей и прикреплен к передающей поверхности. Печатная плата и задняя пластина расположены на стороне матрицы, противоположной слою согласования, причем задняя пластина ограничивает воздушный канал между печатной платой и пластиной, а печатная плата ограничивает воздушный канал между печатной платой и матрицей. Использование изобретения позволяет облегчить придание нужной формы преобразователю. 14 з.п. ф-лы, 13 ил.

Настоящее изобретение относится к устройствам для генерации электромеханических комбинированных высокочастотных вибраций с помощью композитной высокочастотной вибрационной системы. Устройство для генерации электромеханических колебаний содержит, по меньшей мере, один элемент (1), генерирующий высокочастотные колебания, и, по меньшей мере, один элемент (4) крепления для создания давления на элемент (1), генерирующий колебания, при этом по меньшей мере, один элемент (4) крепления расположен вне эффективной поверхности, по меньшей мере, одного элемента (1), генерирующего колебания. При этом нагрузка передается от элемента крепления к композитной высокочастотной системе при минимальных механических колебаниях, которые возникают в продольном направлении композитной высокочастотной вибрационной системы. Предложенное изобретение позволяет электромеханическим композитным высокочастотным вибрационным системам закрепляться без уменьшения эффективной поверхности элементов, генерирующих ультразвуковые колебания. 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

Использование: для ультразвуковой диагностики. Сущность изобретения заключается в том, что узел ультразвукового преобразователя содержит гибкую пленку, имеющую отверстия, проходящие от верхней до нижней поверхности упомянутой гибкой пленки, один или более пьезоэлектрических элементов, находящихся в упомянутых отверстиях; изолирующий слой, крепящий один или более пьезоэлектрических элементов к внутреннему краю упомянутых отверстий; один или более проводящих слоев, нанесенных на упомянутую гибкую пленку и на один или более пьезоэлектрических элементов. Технический результат: обеспечение возможности повышения качества настройки характеристик узла преобразователя. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 18 ил.
Наверх