[實用新型]超聲換能器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820028589.6
• 申請日: 2008-03-18
• 公開（公告）號: CN201179499Y
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 傅增祥;卜毅男;金若鵬;鄭欣;劉堯
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心
• 代理人: 顧潮琪

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于工業(yè)測量器械，特別是一種換能器。

背景技術(shù)

現(xiàn)在市場上還沒有成熟的應(yīng)用超聲的密度測量儀器產(chǎn)品，主要原因是應(yīng)用現(xiàn)有的應(yīng)用于密度測量的超聲換能器性能不夠令人滿意。超聲換能器就是產(chǎn)生和接受超聲的儀器。現(xiàn)有的超聲換能器的主要結(jié)構(gòu)包括產(chǎn)生和接收超聲用的壓電陶瓷片和吸收測量中多余超聲的背襯。這種超聲換能器只能完成接收和發(fā)射超聲的最基本功能，對應(yīng)于這種結(jié)構(gòu)的密度測量公式，要得到被測對象的密度，需要得到被測對象的其它性能參數(shù)較多；并且在結(jié)構(gòu)上沒有考慮環(huán)境因素對測量的影響，存在溫度變化時，測量精度變化很大。現(xiàn)有的超聲換能器已經(jīng)限制了超聲法測密度的準(zhǔn)確性和實用性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在測量密度的精度受溫度影響大，測量時需要被測媒質(zhì)參數(shù)多的不足，本實用新型提供一種超聲換能器，通過添加高分子過渡層，減少測量所需的參數(shù)，降低溫度對測量的影響，從而提高超聲法測密度的實用性和準(zhǔn)確性。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括壓電陶瓷片、背襯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚醚醚酮(PEEK)高聚物層，背襯緊貼在壓電陶瓷片一側(cè)，信號線穿過背襯連接壓電陶瓷片，壓電陶瓷片的另一側(cè)緊貼PEEK高聚物層的一側(cè)，PEEK高聚物層的另一側(cè)緊貼PMMA高聚物層，兩段高聚物層的對稱軸在同一直線上。

壓電陶瓷片是超聲換能器的核心部分，當(dāng)外加交變電場時，它會發(fā)生震動，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，產(chǎn)生超聲波。當(dāng)接受到超聲時，它會產(chǎn)生電流，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，接收超聲波。應(yīng)用時需保證其特征頻率高于1.5Mhz。

背襯是粘附在壓電陶瓷片后面的吸收聲波的材料，由聲音阻抗大的材料組成，聲音阻抗大于4.5MPa·s/m為宜。它的作用是使壓電陶瓷片在發(fā)射和接收超聲過程中盡快穩(wěn)定，減少影響測量的雜波。

超聲測量密度時直接測量的是聲波的反射時間。通過引入PMMA和PEEK高聚物層，增加了反射界面的數(shù)目，獲得的反射波也就多了。在推導(dǎo)測量公式時，就可以代入約分，簡化最終的測量公式，減少需要獲得的被測物的參數(shù)個數(shù)；并且，應(yīng)用這兩個高分子層后，可以增加溫度補(bǔ)償算法，降低溫度對測量結(jié)果的影響，提高測量精度。PMMA高聚物層取直徑大于40mm，長度為15到30mm的圓柱體為佳。PEEK高聚物層取直徑大于18mm，長度為25到35mm的圓柱體為佳。

本實用新型工作時，把電信號加到信號線上，信號線穿過背襯，把電信號傳遞到壓電陶瓷片上，壓電陶瓷片發(fā)射超聲波，超聲波傳入PEEK，經(jīng)過PEEK與PMMA界面時一部分射入PMMA中，一部分被反射回PEEK，反射波被壓電陶瓷片接收。透射到PMMA內(nèi)部的超聲波繼續(xù)沿PMMA傳播，超聲波經(jīng)過PMMA界面時，也是一部分透射出去，一部分反射回來，反射波穿過PEEK，被壓電陶瓷片接收。

壓電陶瓷片在超聲波的傳播過程中得到兩個反射回來的超聲波信號，根據(jù)壓電陶瓷片接收到反射兩個超聲波的時間，可以列出兩個關(guān)于被測液體的關(guān)系式，在實際測量液體密度時，把這兩個式子代入到密度的關(guān)系式中，減少了需要的被測液體的參數(shù)。

因為超聲波在PMMA和PEEK中傳播的速度是受溫度影響的，溫度不同時，傳播速度不同。根據(jù)超聲波在PEEK和PMMA中傳播的時間，實時校正超聲波在PMMA和PEEK中的傳播速度，減小了溫度對測量精度的影響。

本實用新型的有益效果是：本實用新型可以作為超聲密度計的換能器，從而引入新的計算公式，并且可以很方便的進(jìn)行溫度補(bǔ)償，可極大避免溫度帶來的影響，大大提高了超聲測量密度的準(zhǔn)確性和實用性。本實用新型可以用來測量流速，還可以用它組成質(zhì)量流量計，大大降低體積流量計因環(huán)境溫度變化時產(chǎn)生的誤差。

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-信號線，2-背襯，3-壓電陶瓷片，4-PEEK，5-PMMA。

圖2是本實用新型的工作原理示意圖。

具體實施方式