技术领域
本发明涉及一种超声换能器，具体涉及一种用于骨科手术仪的超声换能器。
背景技术
超声骨科手术仪主要用于口腔外科手术，骨切开术，骨成形术，外科解剖类手术等领域。超声骨科手术仪主要由主机和手柄组成，其中安装在手柄内的超声换能器是一重要的组成部件，现有的用于超声骨科手术仪的超声换能器一般由主杆、压电陶瓷和变幅杆组成，如公开号为CN1561919的中国发明专利公开了一种超声骨骼切割仪，该发明中所述的换能器由一组纵向极化压电片和一组切向极化压电片组成，以使刀具端部的振动为复合振动；其中采用以输出能量作为优化目标对手柄中的换能器、变幅杆和刀具的尺寸进行了优化，得到的手柄的尺寸范围是：在谐振频率27～40KHz的范围内，其换能器长度为20～60mm，直径为8～30mm；变幅杆长度为12～30mm，侧壁由指数形、双曲线、圆锥形之一构成；其刀杆的长度为15～40mm，直径为3～25mm。其实施方式中具体指出手柄的尺寸为：谐振频率27KHz的范围内，圆柱部分长度为42mm，直径为5mm，过渡部分长度为19.5mm，侧壁曲线为指数型，刀杆的长度为30mm，直径为8mm，通过上述优化设计，使得超声刀具(工作尖)的带负载能力较现有常规的超声刀具能力有较大提高。但该发明变幅杆的结构是由换能器通过侧壁为指数型的锥体直接过渡到较长的柱体部分，使该换能器在纵向振动的同时还会产生横向振动，由于骨科微创手术需要对切口进行精确控制，横向振动会超出控制范围导致病人误伤。此外，该发明也没有对换能器在工作时的发热情况进行情况考查，换能器的长度范围20～60mm过大，在大部分尺寸下会发生发热过快，温升过高的情况，从而可能会导致人体组织的伤害，并缩短了换能器的寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工作时表面温升低且工作效率高的用于超声骨科手术仪的超声换能器。
本发明所述的用于超声骨科手术仪的超声换能器，包括同轴连接的变幅杆、压电陶瓷和主杆，所述变幅杆包括与压电陶瓷同轴连接的第一圆台、与第一圆台同轴连接的第二圆台、与第二圆台同轴连接的防转动体和与防转动体连接的工作尖连杆，变幅杆的总长度为34.6～36.6mm。通过采用上述结构，特别是确定变幅杆的总长度，使本发明所述换能器达到了优越的匹配性能，提高了换能器的工作效率，有效降低换能器工作时的表面温度。
上述技术方案中，所述工作尖连杆从靠近防转动体的一端开始依次包括至少一个锥体部分、至少一个柱体部分和一个工作尖连接头，各部分的直径依防转动体朝工作尖连接头的方向依次递减。
优选工作尖连杆包括二个锥体部分、二个柱体部分和一个工作尖连接头。所述的两个二个锥体部分分别为第一锥体部分和第二锥体部分，其中第一锥体部分介于防转动体和第二锥体部分之间；二个柱体部分分别为第一柱体部分和第二柱体部分，其中第一柱体部分介于第二锥体部分和第二柱体部分之间。
采用上述结构且超声换能器的总长度为34.6～36.6mm时的优化的变幅轩结构尺寸为：
所述第一圆台的直径为9～11mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为2～4mm；
所述第二圆台的直径为7.5～9.5mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为3～5mm；
所述防转动体为正六面棱柱体，其相对两个面的间距为6.5～8.5mm，该防转动体上端面至变幅杆底端面的距离为8.9～10.9mm；
所述第一锥体上端面至变幅杆底端面的距离为11.4～13.4mm，其上端面与下端面以曲面连接，该连接面侧壁为曲线，曲率半径为3.5～6mm，所述第一锥体大端的直径与防转动体的相对两个面的间距相同；
所述第二锥体上端面至变幅杆底端面的距离为13.5～15.5mm，其上端面与下端面以斜面连接，该连接面侧壁为直线，该直线与第一锥体部分侧壁曲线相切，所述第二锥体部分大端的直径与第一锥体小端的直径相同，其小端的直径与第一柱体部分的直径相同；
所述第一柱体部分的直径为4.3～5.8mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为20.5～22.5mm；
所述第二柱体部分的直径为4.0～5.3mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为29.1～31.1mm。
在上述优化的结构尺寸下，与变幅杆配合的主杆的外径与变幅杆第一圆台的直径相同，高度为25～27mm，主杆内连接杆的总长度为46～48mm，其上端面高出主杆上端面13.5～15.5mm。
最优化的超声换能器变幅杆总长度为35.6mm，此时各部位尺寸如下：
所述第一圆台的直径为10mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为3mm；
所述第二圆台的直径为8.5mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为4mm；
所述防转动体相对两个面的间距为7.0mm，该防转动体的上端面至变幅杆底端面的距离为9.9mm；
所述第一锥体的上端面至变幅杆底端面的距离为12.4mm，其上端面与下端面连接面侧壁曲线的曲率半径为4mm；
所述第二锥体的上端面至变幅杆底端面的距离为14.5mm；
所述第一柱体部分的直径为4.8mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为21.5mm；
所述第二柱体部分的直径为4.5mm，其上端面至变幅杆底端面的距离为30.1mm。
在上述最优的变幅杆结构尺寸条件下，主杆的高度为26mm，主杆内连接杆的总长度为47mm，其上端面高出主杆上端面14.5mm。
与现有技术相比，本发明所述用于超声骨科手术仪的超声换能器通过对变幅杆结构的改进，尤其是对变幅杆结构尺寸的优化，以提高整个换能器的匹配性，从而大大提高超声换能器的工作效率，在保证效率的同时大幅降低换能器表面的温升，缩短手术时间，避免对患者造成伤害，进一步提高了换能器的寿命。同时正六面棱柱体的防转动体结构使得换能器安装在手柄中更加牢固稳定，安装也更简单。
附图说明
图1为本发明所述用于超声骨科手术仪的超声换能器的一种实施方式；
图2为图1所示实施方式中变幅杆的放大图。
图中标号为：
1变幅杆；1-1第一圆台；1-2第二圆台；1-3防转动体；1-4第一锥体部分；1-5第二锥体部分；1-6第一柱体部分；1-7第二柱体部分；1-8工作尖连接头；2压电陶瓷；3主杆；3-1连接杆。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的用于超声骨科手术仪的超声换能器，包括同轴连接的变幅杆1、压电陶瓷2和主杆3，所述变幅杆1包括与压电陶瓷2同轴连接的第一圆台1-1、与第一圆台1-1同轴连接的第二圆台1-2、与第二圆台1-2同轴连接的防转动体1-3和与防转动体1-3连接的工作尖连杆，所述工作尖连杆从靠近防转动体1-3的一端开始依次包括第一锥体部分1-4、第二锥体部分1-5、第一柱体部分1-6和第二柱体部分1-7，各部分的直径依防转动体1-3朝工作连接头的方向依次递减，变幅杆1的总长度为34.6～36.6mm，此时变幅轩各结构尺寸为：
所述第一圆台1-1的直径为9～11mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为2～4mm；
所述第二圆台1-2的直径为7.5～9.5mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为3～5mm；
所述防转动体1-3为正六面棱柱体，其相对两个面的间距为6.5～8.5mm，该防转动体1-3上端面至变幅杆1底端面的距离为8.9～10.9mm；
所述第一锥体上端面至变幅杆1底端面的距离为11.4～13.4mm，其上端面与下端面以曲面连接，该连接面侧壁为曲线，曲率半径为3.5～6mm，所述第一锥体大端的直径与防转动体1-3的相对两个面的间距相同；
所述第二锥体上端面至变幅杆1底端面的距离为13.5～15.5mm，其上端面与下端面以斜面连接，该连接面侧壁为直线，该直线与第一锥体部分1-4侧壁曲线相切，所述第二锥体部分1-5大端的直径与第一锥体小端的直径相同，其小端的直径与第一柱体部分1-6的直径相同；
所述第一柱体部分1-6的直径为4.3～5.8mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为20.5～22.5mm；
所述第二柱体部分1-7的直径为4.0～5.3mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为29.1～31.1mm。
变幅杆1在上述结构尺寸下，与其配合的主杆3的外径与变幅杆1第一圆台1-1的直径相同，高度为25～27mm，主杆3内连接杆3-1的总长度为46～48mm，其上端面高出主杆3上端面13.5～15.5mm。
下面申请人以实验说明本发明所述结构尺寸的超声换能器具备高的工作效率和低的温升值。
实验例：
1、骨骼开孔实验
以本发明所述结构尺寸的换能器为1号换能器，在本发明所述结构的基础上作尺寸改动的换能器为2、3号换能器以及结构稍作改动的4号换能器(具体尺寸分别如下)，在主机和其它配置均相同的条件下，分别把以下四个不同的换能器安装在骨科手术仪手柄内部的固定件上，安装好手柄外壳，以本申请人生产的Woodpecker牌US2型的工作尖，以本申请人生产的Woodpecker牌UltraSurgery型骨刀机为实验主机，把相应脚踏开关安装在主机上，分四次把安装有四个不同换能器的手柄通过电水路连接线分别安装在主机进行试验。安装完成后进行实验的骨科手术仪分别对应编号为1号、2号、3号和4号。
其中：
1号换能器：包括同轴连接的变幅杆1、压电陶瓷2和主杆3，所述变幅杆1包括与压电陶瓷2同轴连接的第一圆台1-1、与第一圆台1-1同轴连接的第二圆台1-2、与第二圆台1-2同轴连接的正六面棱柱体防转动体1-3和与正六面棱柱体防转动体1-3连接的工作尖连杆，所述工作尖连杆从靠近防转动体1-3的一端开始依次包括第一锥体部分1-4、第二锥体部分1-5、第一柱体部分1-6和第二柱体部分1-7，各部分的直径依防转动体1-3朝工作连接头的方向依次递减，变幅杆1的总长度为35.6mm，变幅轩各结构尺寸为：
所述第一圆台1-1的直径为10mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为3mm；
所述第二圆台1-2的直径为8.5mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为4mm；
所述防转动体1-3相对两个面的间距为7.0mm，该防转动体1-3的上端面至变幅杆1底端面的距离为9.9mm；
所述第一锥体部分1-4的上端面至变幅杆1底端面的距离为12.4mm，其上端面与下端面连接面侧壁曲线的曲率半径为4mm；
所述第二锥体部分1-5的上端面至变幅杆1底端面的距离为14.5mm；
所述第一柱体部分1-6的直径为4.8mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为21.5mm；
所述第二柱体部分1-7的直径为4.5mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为30.1mm。
与变幅杆1相配合的主杆3的高度为26mm，主杆3内连接杆3-1的总长度为47mm，其上端面高出主杆3上端面14.5mm。
2号换能器：结构与1号换能器相同，只是各部分的尺寸不同，所述变幅杆1的总长度为34.3mm，此时变幅轩各结构尺寸为：
所述第一圆台1-1的直径为10mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为1.9mm；
所述第二圆台1-2的直径为8.5mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为2.9mm；
所述防转动体1-3相对两个面的间距为7.0mm，该防转动体1-3的上端面至变幅杆1底端面的距离为8.8mm；
所述第一锥体部分1-4的上端面至变幅杆1底端面的距离为11.3mm，其上端面与下端面连接面侧壁曲线的曲率半径为4mm；
所述第二锥体部分1-5的上端面至变幅杆1底端面的距离为13.4mm；
所述第一柱体部分1-6的直径为4.8mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为20.3mm；
所述第二柱体部分1-7的直径为4.5mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为38.8mm。
与变幅杆1相配合的主杆3的高度为26mm，主杆3内连接杆3-1的总长度为46mm，其上端面高出主杆3上端面13.5mm。
3号换能器：结构与1号换能器相同，只是各部分的尺寸不同，所述变幅杆1的总长度为36.9mm，此时变幅轩各结构尺寸为：
所述第一圆台1-1的直径为10mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为4.1mm；
所述第二圆台1-2的直径为8.5mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为5.1mm；
所述防转动体1-3相对两个面的间距为7.0mm，该防转动体1-3的上端面至变幅杆1底端面的距离为11mm；
所述第一锥体部分1-4的上端面至变幅杆1底端面的距离为13.4mm，其上端面与下端面连接面侧壁曲线的曲率半径为4mm；
所述第二锥体部分1-5的上端面至变幅杆1底端面的距离为15.6mm；
所述第一柱体部分1-6的直径为4.8mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为22.7mm；
所述第二柱体部分1-7的直径为4.5mm，其上端面至变幅杆1底端面的距离为31.4mm。
与变幅杆1相配合的主杆3的高度为26mm，主杆3内连接杆3-1的总长度为47mm，其上端面高出主杆3上端面14.5mm。
4号换能器：变幅杆1的总长度相同为35.6mm，在结构上第二柱体部分1-7与第一柱体部分1-6的直径相同，除此之外的其余结构尺寸均与1号换能器相同。
所选用骨骼为3个猪龄相同的猪头骨，分别在24～29.5KHz的工作频率，20±2牛顿的力的条件下在各猪头骨的同一部位进行骨骼开孔实验，对切开尺寸为10mm×10mm×5mm的孔需要的时间进行比较，重复5次相同的实验，所得的结果如以下表1所示。
表1：
由上述表1中实验数据可以看出，本发明结构尺寸的超声换能器的工作效率较其它尺寸的换能器高出30％以上。
2、换能器表面温度实验
分别以上述1号、2号、3号、4号骨科手术仪，在温度为25℃和相对湿度50％的条件下，用相同的负载工作1小时，其中通过换能器的水温均为20℃，所得换能器表面温度数据如以下表2所示。
表2：
由表2中实验数据可以看出，本发明结构尺寸的超声换能器工作时的表面温升较其它结构尺寸的换能器低50％。
注：品质因数直接代表了谐振电路的好坏，品质因数越高，说明谐振电路的损耗越小，但品质因数过高会导致换能器的工作频率范围过小。要使换能器的工作频率保持在适用的范围内，品质因数通常不会超过800。以上表格中的品质因数是使用频率适用的阻抗分析仪直接测量换能器后得到的数据。