專利名稱：大功率復合壓電換能器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲波儀器。特別是涉及一種用于石油勘探和開發過程中低滲油層改造和孔隙堵塞的超聲波處理的大功率復合壓電換能器。
背景技術：
低滲井需要壓裂改造或超聲波作業才能夠增加其滲透率，提高原油產量。在采油過程中注入的水中含一定的雜質、這些雜質經常會堵塞砂巖地層的孔隙吼道，最終導致原油產量降低。過去用酸進行清洗，污染地層和套管，現在嘗試用超聲波方法進行解堵，取得了一定的效果。專利號為2L95111968. 0公開了一種用于該作業的大功率信號發生器。與該發生器配套的換能器有兩種一種用玻璃鋼將多個壓電晶體管纏繞在一起構成發射單元， 另外一種用薄鋁管套在壓電管的外面，用銅管襯在壓電管的里面，給壓電管增加預應力，構成振動單元。還有一種是用鋼絲纏繞在壓電管的外面，給壓電管增加預應力，構成振動單元。實驗證明用鋁管套在壓電管的外面所形成的振動單元所激發的振動能量比較大。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠使換能器所能夠承受的電流更大的大功率復合壓電換能器。本發明所采用的技術方案是一種大功率復合壓電換能器，包括有質量塊，設置在質量塊上面的鋁套管，通過內襯銅管固定鑲嵌在鋁套管內側的壓電管，設置在鋁套管頂端的連接頭，設置要連接頭上端的壓電陶瓷晶堆，所述的質量塊、鋁套管、連接頭和壓電陶瓷晶堆通過貫穿中心的預應力螺桿固定連接。所述的壓電陶瓷晶堆是由多個結構相同的壓電陶瓷晶片組成。所述的預應力螺桿貫穿質量塊、內襯銅管、壓電管、鋁套管、連接頭和壓電陶瓷晶堆的中心，上、下兩端通過螺母分別固定在壓電陶瓷晶堆和質量塊的外側端部。所述的鋁套管的長度與半徑之比為3-5。本發明的大功率復合壓電換能器，結構簡單，易于實現。在晶堆加電壓以后產生縱向振動，從而引起薄圓管的縱向振動，管子的縱向振動轉化為徑向振動，從而使管子的徑向位移增大，使換能器的發射功率增加。


圖1是本發明的整體結構示意圖。圖中1:質量塊 2:內襯銅管3:壓電管 4:鋁套管5:連接頭 6:壓電陶瓷晶堆7 預應力螺桿
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明的大功率復合壓電換能器做出詳細說明。長薄鋁套管的振動模態是激發換能器能量的關鍵因素。薄鋁套管振動時既有徑向位移也有縱向位移，兩者是相互耦合的，利用這種耦合關系，我們可以進一步增加換能器的激發能量。即在薄鋁套管縱向上加預應力，這樣，薄鋁套管更容易被激發振動，為了增加縱向振動位移，我們在縱向上還增加了晶堆，使其與薄鋁套管一起振動，這樣，在進一步增加薄鋁套管縱向振動位移的同時，該位移通過薄鋁套管轉換為徑向振動，使薄鋁套管的徑向振動位移更大，壓電管與晶堆共同承受電流，使換能器所能夠承受的電流更大。如圖1所示，本發明的大功率復合壓電換能器，包括有質量塊1，設置在質量塊1上面的薄鋁套管4，通過內襯銅管2固定鑲嵌在薄鋁套管4內側的壓電管3，設置在薄鋁套管 4頂端的圓形金屬連接頭5，設置要圓形金屬連接頭5上端的壓電陶瓷晶堆6，在薄鋁套管內部安裝有圓筒狀壓電管，壓電管內襯銅管，使其與薄鋁套管緊密接觸，給壓電管徑向增加預應力。在壓電管之下配有質量較大的金屬質量塊，其作用為減小壓電管縱向位移，使壓電管的縱向振動最大限度地轉化為徑向振動，從而使管子的徑向位移增大，使換能器的功率增加。所述的質量塊1、鋁套管4、連接頭5和壓電陶瓷晶堆6通過貫穿中心的預應力螺桿 7固定連接。所述的預應力螺桿7貫穿質量塊1、內襯銅管2、壓電管3、鋁套管4、連接頭5 和壓電陶瓷晶堆6的中心，上、下兩端通過螺母分別固定在壓電陶瓷晶堆6和質量塊1的外側端部。所述的壓電陶瓷晶堆6是由多個結構相同的壓電陶瓷晶片組成。所述的薄鋁套管 4的長度與半徑之比為3-5。給壓電陶瓷晶堆與圓筒狀壓電管同時加電壓，使壓電陶瓷晶堆縱向振動，圓筒狀壓電管徑向振動。薄鋁套管在縱向振動晶堆的聯合參與下，其徑向振動位移得到加強，使圓筒狀壓電管徑向上得到更加明顯的位移變化，從而提高了換能器的功率。本發明的大功率復合壓電換能器，用晶堆和薄鋁管套的壓電圓管共同構成換能器的振動單元，用薄鋁套管給壓電管增加徑向預應力，用螺桿壓緊晶堆給薄鋁套管縱向增加預應力。晶堆和壓電管同時加電壓，同時振動，利用縱向和徑向振動的耦合關系，將縱向振動轉換為徑向振動。從而提高薄鋁套管徑向振動位移和能量。由于振動單元中的縱向晶堆和壓電圓管均加了預應力，都能夠承受的大的振動位移。更重要的是薄鋁套管自身的振動特征構成一個整體。其長度與半徑比為3-5，構成了耦合更加密切的振動模式和振動單元。 多個這樣的振動單元組合構成一個大功率超聲波換能器。
權利要求
1.一種大功率復合壓電換能器，其特征在于，包括有質量塊(1)，設置在質量塊(1)上面的鋁套管G)，通過內襯銅管O)固定鑲嵌在鋁套管內側的壓電管(3)，設置在鋁套管(4)頂端的連接頭(5)，設置要連接頭( 上端的壓電陶瓷晶堆(6)，所述的質量塊(1)、 鋁套管G)、連接頭( 和壓電陶瓷晶堆(6)通過貫穿中心的預應力螺桿(7)固定連接。
2.根據權利要求1所述的大功率復合壓電換能器，其特征在于，所述的壓電陶瓷晶堆 (6)是由多個結構相同的壓電陶瓷晶片組成。
3.根據權利要求1所述的大功率復合壓電換能器，其特征在于，所述的預應力螺桿(7) 貫穿質量塊(1)、內襯銅管O)、壓電管(3)、鋁套管G)、連接頭(5)和壓電陶瓷晶堆(6)的中心，上、下兩端通過螺母分別固定在壓電陶瓷晶堆(6)和質量塊(1)的外側端部。
4.根據權利要求1所述的大功率復合壓電換能器，其特征在于，所述的鋁套管(4)的長度與半徑之比為3-5。
全文摘要
一種大功率復合壓電換能器，包括設置在質量塊上面的鋁套管，通過內襯銅管固定鑲嵌在鋁套管內側的壓電管，設置在鋁套管頂端的連接頭，設置要連接頭上端的壓電陶瓷晶堆，所述的質量塊、鋁套管、連接頭和壓電陶瓷晶堆通過貫穿中心的預應力螺桿固定連接。壓電陶瓷晶堆是由多個結構相同的壓電陶瓷晶片組成。預應力螺桿貫穿質量塊、內襯銅管、壓電管、鋁套管、連接頭和壓電陶瓷晶堆的中心，上、下兩端通過螺母分別固定在壓電陶瓷晶堆和質量塊的外側端部。鋁套管的長度與半徑之比為3-5。本發明結構簡單，易于實現。在晶堆加電壓以后產生縱向振動，從而引起薄圓管的縱向振動，管子的縱向振動轉化為徑向振動，從而使管子的徑向位移增大，使換能器的發射功率增加。
文檔編號H04R17/00GK102547542SQ201210018778
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月20日 優先權日2012年1月20日
發明者孫迎花, 沈建國, 聶建華 申請人:天津大學