[實用新型]用于激發高純度橫波模式的壓電超聲換能器

有效

• 申請號: 201220038620.0
• 申請日: 2012-02-08
• 公開（公告）號: CN202421139U
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 鄧明晰;呂霞付
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍后勤工程學院
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34
• 代理公司: 重慶中之信知識產權代理事務所 50213
• 代理人: 張景根

技術領域

本實用新型屬于超聲測量、超聲無損檢測技術領域，具體地說，涉及一種橫波超聲換能器。?

背景技術

在對材料的力學或聲學參數進行測量時需要用到模式純度較高的橫波超聲換能器。現有的一些商用橫波換能器在激發超聲橫波信號的同時，因壓電基片橫、縱波振動模式的相互耦合，還會同時激發出較為明顯的超聲縱波信號，從而影響到對實際聲波信號進行觀察和測量的效果。?

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種用于激發橫波模式純度高的壓電超聲換能器，能保證換能器在激發橫波模式的同時，可較大程度地抑制縱波模式的激發，適用于材料的超聲測量或超聲無損檢測等領域。?

為此，本實用新型提出了一種用于激發高純度橫波模式的壓電超聲換能器，包含有作厚度剪切振動的壓電基片和電極，壓電基片為矩形基片，電極由等厚的金屬膜構成，其中一個電極為盒狀，另一個電極為矩形薄片狀，盒狀電極緊貼壓電基片且包覆壓電基片的下底面、四個側面以及上底面的四條等寬邊緣，矩形薄片狀電極貼于壓電基片的上底面，矩形薄片狀電極的長度大于寬度的兩倍，矩形薄片狀電極與盒狀電極上底面邊緣之間的間隙相等于盒狀電極上底面四條邊緣的寬度。?

采用上述電極結構與作厚度剪切振動的矩形壓電基片組裝所形成的換能器，使用中可在一定程度上抑制沿壓電基片厚度方向上所加電場的邊緣效應。如此，在壓電基片上、下底面電極的正對區域內，其中的沿厚度方向上所施加的交變電場的空間均勻性將得到改善，這將有利于壓電基片在沿厚度方向交變電場的驅動作用下產生模式純度高的厚度剪切振動。兩根電極引線可從壓電基片的上底面直接引出，如此可使換能器電極引線的焊接變得方便。?

采用本實用新型的結構，可激發出高純度的橫波模式，從而對采用橫波方式測量場合，會更加有利于波形的觀察和測量，提高檢測和測量效果。?

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。?

圖2是圖1的俯視圖。?

圖3是本實用新型的立體示意圖。?

圖4是圖2的A-A剖視圖。?

圖5是圖2的B-B剖視圖。?

圖6是對應于圖4所示狀態下電極結構抑制壓電基片電場邊緣效應的示意圖。?

圖7是對應于圖5所示狀態下電極結構抑制壓電基片電場邊緣效應的示意圖。?

圖8是本實用新型使用時與試件的配置示意圖。?

圖9是采用自發自收方式觀察橫波換能器回波響應的實驗框圖，其中Ritec?5000?SNAP系統提供驅動換能器的射頻脈沖信號和對回波信號進行接收。?

具體實施方式

下面通過具體實施例對本實用新型進行詳細說明。?

如圖1至圖5所示，本實用新型提出一種用于激發高純度橫波模式的壓電超聲換能器，包含作厚度剪切振動的壓電基片1和電極，壓電基片1為矩形基片，電極由等厚的金屬膜構成，其中一個電極為盒狀，另一個電極為矩形薄片狀，盒狀電極2緊貼壓電基片1且包覆壓電基片1的下底面、四個側面以及上底面的四條等寬邊緣，矩形薄片狀電極3貼于壓電基片1的上底面，矩形薄片狀電極3的長度大于寬度的兩倍，矩形薄片狀電極3與盒狀電極2上底面邊緣之間的間隙相等于盒狀電極2上底面四條邊緣的寬度。為便于以下說明，在圖2、圖4中標出了以符號代替的尺寸。?

壓電基片1為X切Z傳LiNbO₃矩形基片，根據已有文獻（張福學?孫慷主編《壓電學》，國防工業出版社，1984）可知，其長度應大于其寬度的兩倍，矩形壓電基片作厚度剪切振動的諧振頻率f?，為基片厚度，c_t為沿基片厚度方向(X軸方向)的橫波聲速。圖3中分別標示出了X、Y、Z軸的方向。?

設整個換能器的總長為，為整個換能器的總寬，盒狀電極2上底面四條邊緣的寬度相等且為，矩形薄片狀電極3與盒狀電極2上底面邊緣之間的間隙為，則有。?

使用時，按圖8方式進行配置，其中標號4為固體試件，橫向雙向箭頭表示橫波質點的振動方向，豎向的向下單向箭頭表示傳播方向，標有“+”、“-”的兩條引線表示從電極引出的電極引線。對應于圖4所示狀態下電極結構抑制矩形壓電基片電場邊緣效應的示意如圖6所示，對應于圖5所示狀態下電極結構抑制矩形壓電基片電場邊緣效應的示意如圖7所示，均布向下箭頭的區域為均勻電場區域。?