本實用新型專利技術(shù)涉及用于一種超聲手術(shù)器械的高功率密度壓電換能器。現(xiàn)有產(chǎn)品超聲功率小。本實用新型專利技術(shù)包括多組壓電換能單元，相鄰兩個壓電換能單元之間設(shè)置有實心喇叭形的形變變換塊，壓電換能單元與形變變換塊之間設(shè)置有絕緣層。壓電換能單元包括多個同軸設(shè)置的圓片形狀的壓電片，壓電片的表面設(shè)置有金屬電極，相鄰的兩個壓電片之間設(shè)置有兩個圓臺形的金屬帽。所有壓電換能單元的高度相同，多個壓電換能單元的壓電片的直徑依次減小，所有形變變換塊高度相同。相鄰兩個壓電換能單元的中心距離滿足色散方程。本實用新型專利技術(shù)有效地提高了電聲轉(zhuǎn)換效率，提高了超聲波輻射的指向性，在有限的空間中，提高局部區(qū)域超聲能量。（*該技術(shù)在2022年保護過期，可自由使用*）
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本技術(shù)屬于醫(yī)療器械
，具體涉及一種應(yīng)用于超聲手術(shù)刀系統(tǒng)的高功率密度壓電換能器，是超聲手術(shù)刀系統(tǒng)的配套部件。
技術(shù)介紹
20世紀70年代，微創(chuàng)技術(shù)迅猛發(fā)展，目前包括微創(chuàng)手術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到普外科、婦產(chǎn)科、心胸外科、泌尿外科、小兒外科、骨科、腦外科及眼科等近10個手術(shù)中。微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展帶動了手術(shù)器械的發(fā)展，如內(nèi)鏡超聲、超聲刀、微型手術(shù)器械、各類腔內(nèi)切割吻合器等。隨之涌現(xiàn)的手術(shù)器械反過來又推動了微創(chuàng)外科的發(fā)展，逐步發(fā)展成為了醫(yī)療器械行業(yè)中的一個分支行業(yè)。超聲手術(shù)刀是一種利用超聲波能量引起的空化效應(yīng)導致組織脫水，凝固，進而裂解的一種手術(shù)器械。此器械由強生公司最先提出，目前為強生公司等少數(shù)外國公司所把持。相對于傳統(tǒng)的電刀都手術(shù)器械來說，超聲手術(shù)刀最大的優(yōu)勢在于切割組織不是采用電灼燒引起的熱效應(yīng)，而是采用超聲波引起的空化效應(yīng)，來達到類似于水沸騰的效果，起到組織切割和凝結(jié)的效應(yīng)。因此其傷口焦痂更少，術(shù)后愈合效果更好。但目前此種手術(shù)方式還存在超聲功率小等問題，對于大的血管，尤其是脂肪豐富的組織切割下降厲害。在器械結(jié)構(gòu)和材質(zhì)無法突破的情況下，提高超聲換能器的轉(zhuǎn)換效率，是提高超聲有效能量輸出的途徑。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供一種用于超聲手術(shù)器械的高功率密度壓電換能器。本技術(shù)包括多組壓電換能單元，相鄰兩個壓電換能單元之間設(shè)置有形變變換塊，壓電換能單元與形變變換塊之間設(shè)置有厚度為a的絕緣層。所述的壓電換能單元采用壓電堆結(jié)構(gòu)，整體為圓柱形，包括多個同軸設(shè)置的圓片形狀的壓電片，壓電片的表面設(shè)置有金屬電極；所述的金屬電極為金屬薄片或金屬膜，覆蓋在壓電片的表面，金屬電極上連接有引線；相鄰的兩個壓電片之間設(shè)置有兩個金屬帽，所述的金屬帽為空心的圓臺形，圓臺的頂面封閉成端面，圓臺的底面開放，兩個金屬帽的頂面固定連接，側(cè)壁位于底面的邊沿與壓電片表面的金屬電極連接。所述壓電片的材料為摻雜鋯鈦酸鉛陶瓷、或ΖηΟ、或A1N、或PVDF。所有構(gòu)成壓電換能器的圓柱形的壓電換能單元的高度b相同，多個壓電換能單元的壓電片的直徑依次減小。所有壓電換能單元中的相同極引線相互連接。形變變換塊為實心喇叭形塊體，兩個圓形的端面分別于連接的兩個壓電換能單元的壓電片直徑相等，其縱截面的腰線為函數(shù)y=x/e曲線，e為數(shù)學常數(shù)；形變變換塊的高度c符合以下公式a+b+2c=L= V /ω其中，ω是電激勵信號的頻率、V是聲波傳播的速度、L是相鄰兩個壓電換能單元的中心距離。從喇叭形的形變變換塊的大頭到小頭，由于橫截面積逐級減小，在遵循能量守恒定理的基礎(chǔ)上，小頭的伸縮幅度增加，起到了聲波振幅放大的作用。每個壓電換能單元的高度相同，每個形變變換塊的高度相同，每個絕緣層的厚度相同，因此壓電換能單元沿軸向周期分布，滿足色散方程1/1=ω/ν，頻率為ω的電信號激勵的壓電換能器發(fā)出的聲波在空間正好波峰和波峰相疊，波谷和波谷相疊，也就是說，不同壓電換能器在軸向某一個點上產(chǎn)生的形變都是伸長或者都是縮短，強化了疊加效果。本技術(shù)有效地提聞了電聲轉(zhuǎn)換效率，提聞超聲波福射的指向性，在有限的空間中，提高局部區(qū)域超聲能量。附圖說明圖I為本技術(shù)的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中壓電換能單元的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中金屬帽的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式如圖I所示，用于超聲手術(shù)器械的高功率密度壓電換能器包括三組壓電換能單元I和兩個形變變換塊2，每個形變變換塊2設(shè)置在相鄰兩個壓電換能單元I之間，壓電換能單I與形變變換塊2之間設(shè)置有厚度為a的絕緣層3。第一組壓電換能單元與第二組壓電換能單元的中心距離LI等于第二組壓電換能單元與第三組壓電換能單元的中心距離L2。如圖2所示，壓電換能單元I采用壓電堆結(jié)構(gòu)，整體為圓柱形，包括三個同軸設(shè)置的圓片形狀的壓電片1-1，壓電片1-1的表面設(shè)置有金屬電極1-3。金屬電極為金屬薄片或金屬膜，覆蓋在壓電片1-1的表面，金屬電極1-1上連接有引線，相鄰的兩個壓電片之間設(shè)置有兩個金屬帽1-2。壓電片的材料為摻雜鋯鈦酸鉛陶瓷、或ΖηΟ、或A1N、或PVDF。如圖2和3所示，金屬帽為空心的圓臺形，圓臺的頂面封閉成端面，圓臺的底面開放，兩個金屬帽的頂面固定連接，側(cè)壁位于底面的邊沿與壓電片表面的金屬電極1-3連接。所有構(gòu)成壓電換能器的圓柱形的壓電換能單元的高度b相同，構(gòu)成三個壓電換能單元的壓電片的直徑依次減小。所有壓電換能單元中的相同極引線相互連接。形變變換塊2為實心喇叭形塊體，兩個圓形的端面分別于連接的兩個壓電換能單元的壓電片直徑相等，其縱截面的腰線k采用函數(shù)y=x/e曲線，e為數(shù)學常數(shù)；形變變換塊的高度c符合以下公式a+b+2c=L= V / ω其中，ω是電激勵信號的頻率、V是聲波傳播的速度、L是相鄰兩個壓電換能單元的中心距離。通電后壓電堆振動，壓電片產(chǎn)生軸向形變和徑向形變，其中壓電片的徑向形變帶動金屬帽發(fā)生徑向形變(圖3中的實線箭頭所示)，金屬帽特有的結(jié)構(gòu)會將該徑向形變部分轉(zhuǎn)化為軸向形變(圖3中的虛線箭頭所示)，加大了軸向形變的尺度，進一步提高器件在軸向伸縮能力。同時由于采用周期性結(jié)構(gòu)設(shè)置，如果其空間周期性和激勵電信號的頻率滿足色散方程，則可以改善超聲換能器的品質(zhì)因數(shù)和頻率選擇性，可以大大強化電激勵信號，抑制對噪聲的響應(yīng)。壓電換能單元和形變變換塊周期設(shè)置，形成級聯(lián)狀態(tài)，進一步放大了刀頭的伸縮距離，提高工作效率。權(quán)利要求1.一種用于超聲手術(shù)器械的高功率密度壓電換能器，包括多組壓電換能單元，其特征在于相鄰兩個壓電換能單元之間設(shè)置有形變變換塊，壓電換能單元與形變變換塊之間設(shè) 置有厚度為a的絕緣層；所述的壓電換能單元采用壓電堆結(jié)構(gòu)，整體為圓柱形，包括多個同軸設(shè)置的圓片形狀的壓電片，壓電片的表面設(shè)置有金屬電極；所述的金屬電極為金屬薄片或金屬膜，覆蓋在壓電片的表面，金屬電極上連接有引線，相鄰的兩個壓電片之間設(shè)置有兩個金屬帽；所述的金屬帽為空心的圓臺形，圓臺的頂面封閉成端面，圓臺的底面開放，兩個金屬帽的頂面固定連接，側(cè)壁位于底面的邊沿與壓電片表面的金屬電極連接；所有構(gòu)成壓電換能器的圓柱形的壓電換能單元的高度b相同，多個壓電換能單元的壓電片的直徑依次減小；所有壓電換能單元中的相同極引線相互連接；形變變換塊為實心喇叭形塊體，兩個圓形的端面分別于連接的兩個壓電換能單元的壓電片直徑相等，其縱截面的腰線為函數(shù)y=x/e曲線，e為數(shù)學常數(shù)；形變變換塊的高度c符合以下公式a+b+2c=L= V /ω其中，ω是電激勵信號的頻率、V是聲波傳播的速度、L是相鄰兩個壓電換能單元的中心距離。2.如權(quán)利要求I所述的一種用于超聲手術(shù)器械的高功率密度壓電換能器，其特征在于所述壓電片的材料為摻雜鋯鈦酸鉛陶瓷、或ΖηΟ、或Α1Ν、或PVDF。專利摘要本技術(shù)涉及用于一種超聲手術(shù)器械的高功率密度壓電換能器。現(xiàn)有產(chǎn)品超聲功率小。本技術(shù)包括多組壓電換能單元，相鄰兩個壓電換能單元之間設(shè)置有實心喇叭形的形變變換塊，壓電換能單元與形變變換塊之間設(shè)置有絕緣層。壓電換能單元包括多個同軸設(shè)置的圓片形狀的壓電片，壓電片的表面設(shè)置有金屬電極，相鄰的兩個壓電片之間設(shè)置有兩個圓臺形的金屬帽。所有壓電換能單元的高度相同，多個壓電換能單元的壓電片的直徑依次減小，所有形變變換塊高度相同。相鄰兩個壓電換能單元的中心距離滿足色散方本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種用于超聲手術(shù)器械的高功率密度壓電換能器，包括多組壓電換能單元，其特征在于：相鄰兩個壓電換能單元之間設(shè)置有形變變換塊，壓電換能單元與形變變換塊之間設(shè)置有厚度為a的絕緣層；所述的壓電換能單元采用壓電堆結(jié)構(gòu)，整體為圓柱形，包括多個同軸設(shè)置的圓片形狀的壓電片，壓電片的表面設(shè)置有金屬電極；所述的金屬電極為金屬薄片或金屬膜，覆蓋在壓電片的表面，金屬電極上連接有引線，相鄰的兩個壓電片之間設(shè)置有兩個金屬帽；所述的金屬帽為空心的圓臺形，圓臺的頂面封閉成端面，圓臺的底面開放，兩個金屬帽的頂面固定連接，側(cè)壁位于底面的邊沿與壓電片表面的金屬電極連接；所有構(gòu)成壓電換能器的圓柱形的壓電換能單元的高度b相同，多個壓電換能單元的壓電片的直徑依次減小；所有壓電換能單元中的相同極引線相互連接；形變變換塊為實心喇叭形塊體，兩個圓形的端面分別于連接的兩個壓電換能單元的壓電片直徑相等，其縱截面的腰線為函數(shù)y=x/e曲線，e為數(shù)學常數(shù)；形變變換塊的高度c符合以下公式：a+b+2c=L=?v?/ω其中，ω是電激勵信號的頻率、V是聲波傳播的速度、L是相鄰兩個壓電換能單元的中心距離。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：余厲陽，
申請(專利權(quán))人：杭州電子科技大學，
類型：實用新型
國別省市：
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