超声换能器制造技术

技术编号:15130331 阅读:37 留言:0更新日期:2017-04-10 12:02
根据本发明专利技术的超声换能器(1)包括至少一个由压电材料制备的发射器(3),该发射器(3)具有设置用于发射第一和第二超声束的、彼此相对的第一和第二发射表面(7、9)。所述换能器(1)至少包括第一和第二反射镜(11、13),所述第一和第二反射镜(11、13)被安置为分别与第一和第二发射表面(7、9)相对,并且被配置为通过形成预定形状的反射束(FR)使得第一和第二超声束(F1、F2)反射回来。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术总体上涉及超声换能器。更具体地,本专利技术涉及一种包括至少一个由可以将电信号转换为超声波的材料制备的发射器的超声换能器,所述发射器具有设置用于发射第一和第二超声束的、彼此相对的第一和第二发射表面。这样的换能器由EP0147070已知,EP0147070公开了两个发射表面中的一个以使吸音材料不破坏由前表面发射的有用束的方式覆盖有吸音材料,也称为背衬(backing),所述吸音材料用于抑制构成发射器的材料的振动并捕获由发射器的后表面发射的声能。这样的换能器由于其使用大量不同的材料而具有相对高的生产成本。此外,仅部分由发射器的振动所产生的声能被利用,另一部分在减振器中被消耗。在本文中,本专利技术旨在提供比较便宜并且就能量转换而言更加有效的超声换能器。为此,本专利技术涉及前述类型的超声换能器,其特征在于,该超声换能器至少包括第一反射镜和第二反射镜,第一反射镜和第二反射镜被安置为分别与第一和第二发射表面相对,且以通过形成具有预定形状的反射束来将第一和第二超声束反射回来的方式配置。因此,以如下方式使用由两个相对的发射表面发射的超声束,即对于供给到发射器的给定电功率,由该超声换能器产生的束的能量显著更高。由于由发射器发射的所有声能集中在反射的超声束中,因此对于供应到发射器的相同水平的电能,可以获得灵敏度增强的超声换能器。另一方面,不再需要提供紧靠两个发射表面之一的背衬,使得超声换能器的设计大大简化。换能器的制作因此更简单,从而使其生产成本降低。传感器的再现性因此增强。其重要性在于,性能方面在传感器之间一致并且更加均一。实际上,在现有技术中,将背衬材料结合到发射器的后表面上是精细的操作。根据结合的质量,换能器的性能会相应地受到影响。根据本专利技术的换能器实际上非常适合于在苛刻环境中运行。由于它不再如现有技术中那样包括一个堆叠在另一个顶部上的多个相当大的层,所以它显示出有利的温度性能。因此,作为由于材料的不同膨胀而引起的限制的结果,换能器失败的风险降低。由于背衬已经被去除,所述换能器显示出良好的耐压能力。所述背衬通常由弹性体材料制备,因此在中度压力下显示出良好的抗压性。根据本专利技术的换能器实际上非常适合于在照射条件下运行。实际上,其可能在完全没有任何弹性体材料的情况下制作。在现有技术背景下,背衬由弹性体材料制备。发射器典型地由压电晶体制备。通过变型的方式,发射器由电致伸缩或磁致伸缩材料、或能够将电信号转换为超声波的任何其他材料制备。本文术语“发射器”用于指换能器的有源元件,其功能是将电能转换为机械能。该有源元件是可逆的。其能够发射超声波,而且还能够接收超声波并将其转换为电信号。换句话说,换能器可以在某些时候作为超声发生器起作用,而在其他时候作为收集器模式的超声接收器起作用。有利地,换能器包括发射器与其连接的壳箱。所述壳箱具有限定第一反射镜和第二反射镜的两个反射表面,或者第一和第二反射镜连接到所述壳箱上。在第一种情况下,由于换能器是构成反射镜的壳箱自身,而反射镜不是另外的连接部件,因此换能器的设计简单。壳箱是例如由不锈钢制备的单元。通过变型的方式,壳箱由另一种金属合金或由陶瓷材料制备。在任何情况下选择显示出高声阻抗的材料,也就是说,与水的高反射系数。可供选择地,以呈现高速度的声传播的方式选择所述材料,使得对于给定反射镜角度,超过了纵波的临界角和横波的临界角(斯涅耳定律)。例如,在不锈钢镜和水中传播介质的情况下,两个临界角分别为大约15°和28°。在这种情况下,没有体波可以在28°以上的反射镜中传输。第一超声束和第二超声束在第一反射镜和第二反射镜上直接被反射。通过变型的方式,第一反射镜和第二反射镜连接到壳箱上。在这种情况下,反射镜由不锈钢或另一种金属合金或陶瓷材料制备,并且显示出高的声阻抗或高的声传播速度,如以上已经描述的。有利地,壳箱具有发射器配合在其中的狭槽,所述狭槽的横截面与发射器的横截面基本相同。因此,借助在狭槽内锁定就位的所述发射器的一部分,使该发射器相对于壳箱固定就位。将发射器的所述部分直接施用于狭槽的外周边缘。发射器结合到狭槽或通过力配合或夹持到狭槽。通过变型的方式,将保护层插入所述部分与狭槽的外周边缘之间。有利地,壳箱整体地形成为单个零件,或包括两个将发射器包围在其之间的半壳箱。每个半壳箱限定第一反射镜和第二反射镜之一,或第一反射镜连接到两个半壳箱中的一个,而第二反射镜连接到两个半壳箱中的另一个。因此,所述壳箱是特别经济的。当其包括两个半壳箱时,发射器的安装简单。当壳箱整体地形成为单个部件时,狭槽以壳箱的体质提供。通过变型的方式,狭槽限定在两个半壳箱之间。有利地,将换能器浸入环境介质中,使第一发射表面和第二发射表面相对于壳箱布置,以确保第一超声束和第二超声束通过环境介质或通过构成壳箱的材料从第一发射表面和第二发射表面垂直向上传播到第一反射镜和第二反射镜。在第一种情况下,换能器特别良好地适合用于其中反射束通过环境介质垂直传输到传输超声波的组成零件中。环境介质是例如水或另一种液体或气态流体。在第二种情况下,换能器实际上能够将反射束直接发送到其中希望传输超声波的组成零件中,而没有通过环境介质发生的传输。发射器的第一发射表面和第二发射表面相对于壳箱的波输入表面被压平。壳箱的波输出表面相对于其中直接或间接传输超声波的零件被压平。第一反射镜和第二反射镜、输入表面和输出表面被布置为确保通过输入表面渗透入壳箱的第一超声束和第二超声束通过第一和第二反射镜垂直反射至输出表面。反射束通过输出表面离开壳箱并渗透入其中传输超声波的零件中。然后,壳箱可以整体地形成为单个部件,或包括包围发射器表面的两个半壳箱,每个半壳箱限定第一反射镜和第二反射镜中的一个。有利地,换能器包括电线和夹持元件,所述电线能够连接到电压源,所述夹持元件以没有焊接而将电线固定到发射器的方式将电线夹持紧靠所述发射器。换句话说,由于发射器的两个相对表面均没有覆盖衬底,所以可以将电线安置为与发射器接触。由于不再需要将电线焊接到发射器上,所以可以促进换能器的制作。有利地,固定可以例如通过使用夹持器来完成。所述夹持器具有两个臂,其偏向彼此相对的发射器的两个表面。电线夹持在臂与发射器之间。例如,换能器包括两个电线,一个电线夹持在一个表面上,而另一个电线夹持到相对的表面上。关于变型的方式,将这些电线焊接、接触放置或通过任本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声换能器(1),包括至少一个由可以将电信号转换为超声波的材料制备的发射器(3),所述发射器(3)具有设置用于发射第一超声束和第二超声束(F1、F2)的、彼此相对的第一发射表面和第二发射表面(7、9);其特征在于,所述超声换能器(1)至少包括第一反射镜和第二反射镜(11、13),所述第一反射镜和第二反射镜(11、13)被安置为分别与第一发射表面和第二发射表面(7、9)相对,并且以通过形成预定形状的反射束(FR)将第一超声束和第二超声束(F1、F2)反射回来的方式配置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.27 FR 13561931.一种超声换能器(1),包括至少一个由可以将电信号转换为超声波的
材料制备的发射器(3),所述发射器(3)具有设置用于发射第一超声束和第
二超声束(F1、F2)的、彼此相对的第一发射表面和第二发射表面(7、9);
其特征在于,所述超声换能器(1)至少包括第一反射镜和第二反射镜(11、
13),所述第一反射镜和第二反射镜(11、13)被安置为分别与第一发射表面
和第二发射表面(7、9)相对,并且以通过形成预定形状的反射束(FR)将
第一超声束和第二超声束(F1、F2)反射回来的方式配置。
2.根据权利要求1所述的换能器,其特征在于,所述换能器包括发射器
(3)与其连接的壳箱(5)。
3.根据权利要求2所述的换能器,其特征在于,所述壳箱(5)具有限定
第一反射镜和第二反射镜(11、13)的两个反射表面(45、47),或所述第一
反射镜和第二反射镜(11、13)连接到壳箱(5)上。
4.根据权利要求2或3所述的换能器,其特征在于,所述壳箱(5)具有
发射器(3)配合在其中的狭槽(15),所述狭槽(15)具有与发射器(3)基
本上相同的横截面。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的换能器,其特征在于,所述壳箱
(5)整体地形成为单个部件、或包括将发射器(3)包围在其之间的两个半壳
箱(40)。
6.根据权利要求5所述的换能器,其特征在于,每个半壳箱(40)限定
第一反射镜和第二反射镜(11、13)中的一个,或第一反射镜(10)连接到两
个半壳箱(40)中的一个上而第二反射镜(13)连接到两个半壳箱(40)中的
另一个上。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的换能器,其特征在于,所述换能
器(1)浸入环境介质中,第一发射表面和第二发射表面(7、9)相对于壳箱
(5)设置为确保第一超声束和第二超声束(F1、F2)通过环境介质或通过构
成壳箱(5)的材料从第一发射表面和第二发射表面(7、9)垂直向上传播到
第一反射镜和第二反射镜(11、13)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的换能器,其特征在于,所述换能器
包括电线(33、35)和夹持元件,所述电线(33、35)能够连接到电压源,所

\t述夹...

【专利技术属性】
技术研发人员:伯纳德·萨特简弗朗索瓦·赛兰特
申请(专利权)人:阿海珐核能公司
类型:发明
国别省市:法国;FR

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