高耐压气体超声换能器制造技术

一种高耐压气体超声换能器，包括壳体和激励源，所述激励源由压电陶瓷构成，该激励源的一侧依次置有第一匹配层和第二匹配层，另一侧依次置有第一吸收层和第二吸收层，激励源的导线通过第一吸收层、第二吸收层以及壳体后引出。本发明专利技术由两级匹配层、两级吸收层组成了高耐压等级、高信噪比、高灵敏度的气体超声换能器，其体积小、安装方便，适用于非接触检测、高压气体环境超声成像、高压环境固体尘埃检测、高压环境距离测量等工业领域的高耐压大流量高精度的检测仪表，是工业气体检测设备中最为关键的部件。本发明专利技术耐压最高可达25MPa，中心频率为200KHz。使用压力范围为0.5MPa～25MPa，灵敏度>90dB。

【技术实现步骤摘要】
高耐压气体超声换能器
本专利技术涉及一种高耐压大流量高精度的检测仪表，特别是一种高耐压气体超声换能器。
技术介绍
现有技术中设计制造的高耐压气体超声换能器由于受材料、结构、激励方式的限制，使得换能器在性能上有很多局限。例如，一些灵敏度相对较高的超声换能器由于采用单匹配层结构，必然使得匹配层直接接触气体介质，致使耐压性能不够，最高仅有几个大气压，而且换能器的整体耐污程度取决于匹配层本身，如果匹配层本身不具有较强的耐污性能，则换能器整体的耐污性能受到限制。而另外一些换能器由于采用了较小的发射断面，使得整体承受压力降低，但谐振超过300KHz，且品质因数变差，信噪比、灵敏度都较低，检测过程中极易受到干扰。一些使用磁电原理设计的换能器其体积与功耗都大大超过了压电陶瓷，很难用于检测环节；近年来出现的全金属式换能器虽然在耐压等级上较以往有所进步，但由于匹配层直接与空气介质接触，两者声阻抗差异巨大，未得到较高的灵敏度，仅能通过提高激励电压的方式工作，而由于工作电压的提高，其寿命较以往的换能器大大减少。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术中所存在的缺陷，提供一种高耐压气体超声换能器。本专利技术采用了下列技术方案解决了其技术问题：一种高耐压气体超声换能器，包括由壳体构成的高强度承压腔体，以及在该腔体中固定置有的激励源，其特征在于：所述的激励源由压电陶瓷构成，该激励源的一侧依次置有第一匹配层和第二匹配层，该激励源的另一侧依次置有第一吸收层和第二吸收层，激励源的导线通过第一吸收层、第二吸收层以及壳体后引出。本专利技术由两级匹配层、两级吸收层组成了高耐压等级、高信噪比、高灵敏度的气体超声换能器，其体积小、安装方便，适用于非接触检测、高压气体环境超声成像、高压环境固体尘埃检测、高压环境距离测量等工业领域的高耐压大流量高精度的检测仪表，是工业气体检测设备中最为关键的部件。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图中各序号分别表示为：1-壳体；2-第二匹配层；3-第一匹配层；4-定位直口；5-激励源；6-第一吸收层；7-第二吸收层；8-导线。具体实施方式以下结合实施例以及附图对本专利技术作进一步的描述。参照图1，本专利技术包括由壳体1构成的高强度承压腔体，以及在该腔体中固定置有的激励源5。本专利技术所述的激励源5由压电陶瓷构成，该激励源5的一侧依次置有第一匹配层3和第二匹配层2，该激励源5的另一侧依次置有第一吸收层6和第二吸收层7，激励源5的导线8通过第一吸收层6、第二吸收层7以及壳体1后引出。本专利技术所述第一匹配层3是由钛合金材料构成的匹配层，该第一匹配层3的厚度为其内传播声波波长的1/4的偶数倍，且厚度大于3mm。所述第二匹配层2是由聚四氟乙烯材料构成的匹配层，该第二匹配层2的厚度为其内传播声波波长的1/4的偶数倍，且厚度小于1mm。在本专利技术中所述第一层匹配层是通过金属钎焊与壳体1端部形成固定连接，由于钛合金具有极高的硬度，且采用压盖式固定焊接，并在壳体1的端口设置有定位直口4，以便安装制作。本专利技术所述的第二匹配层2是以涂层方式覆盖涂抹在第一匹配层3上与其固定连接。所述激励源5的导线8通过胶封与壳体1形成固定连接。本专利技术所述第一吸收层6是由高强度涤纶纤维织物构成的吸收层。所述第二吸收层7是由橡胶材料构成的吸收层。所述第二吸收层7是以胶粘方式与第一吸收层6固定连接。本专利技术采用全金属焊接结构，与检测设备本体链接可采用螺纹方式。以下简述本专利技术工作原理：由于激励源5的压电陶瓷产生超声信号，由压电效应产生振动，其声阻抗率约为30MRayl，其超声信号首先由压电陶瓷透射至声阻抗率相对接近且材质本身强度高的第一层匹配层钛合金（150A），经过透射后传至声阻抗介于常用气体与金属钛之间的第二匹配层2聚四氟乙烯，声波最后由第二匹配层2透射至气体介质，以达到超声信号在气介质中传播的目的。本专利技术采用的反向波吸收部分由第一吸收层6和第二吸收层7两级组成。第一吸收层6采用高强度涤纶纤维织物，其特点是质地疏松，纤维强度高，可较好的吸收高频分量，起到第一级缓冲作用，使压电陶瓷与壳体1振动隔离。第二吸收层7采用橡胶材质吸收余下的中低频分量，这样完成了对大部分能量进行吸收，由此两级吸收以彻底隔断压电效应的反向传播，提高换能器的信噪比。本专利技术压力最高可承受25MPa，换能器发射端面光洁度为6.3um，中心频率为200KHz。使用压力范围为0.5MPa～25MPa，灵敏度>90dB。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耐压气体超声换能器，包括由壳体构成的高强度承压腔体，以及在该腔体中固定置有的激励源，其特征在于：所述的激励源由压电陶瓷构成，该激励源的一侧依次置有第一匹配层和第二匹配层，该激励源的另一侧依次置有第一吸收层和第二吸收层，激励源的导线通过第一吸收层、第二吸收层以及壳体后引出。

【技术特征摘要】
1.一种高耐压气体超声换能器，包括由壳体构成的高强度承压腔体，以及在该腔体中固定置有的激励源，其特征在于：所述的激励源由压电陶瓷构成，该激励源的一侧依次置有第一匹配层和第二匹配层，该激励源的另一侧依次置有第一吸收层和第二吸收层，激励源的导线通过第一吸收层、第二吸收层以及壳体后引出。2.根据权利要求1所述的一种高耐压气体超声换能器，其特征在于：所述第一匹配层是由钛合金材料构成的匹配层，该第一匹配层的厚度为其内传播声波波长的1/4的偶数倍，且厚度大于3mm。3.根据权利要求1所述的一种高耐压气体超声换能器，其特征在于：所述第二匹配层是由聚四氟乙烯材料构成的匹配层，该第二匹配层的厚度为其内传播声波波长的1/4的偶数倍，且厚度小于1mm。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜超，雷战胜，王景帅，李冰雨，
申请(专利权)人：上海一诺仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31