超声波换能器制造技术

本发明专利技术公开了一种超声换能器(1)。该换能器包括一个耐磨帽(2)和一个有源元件(18)。耐磨帽包括至少一个凹槽，该凹槽被配置用来规定一个条带(15)。所述条带被配置成与有源元件振动连通。超声换能器可以包括一个刚性块(21)。有源元件可以插入在耐磨帽和刚性块之间，并且刚性块可以被配置为有源元件提供背衬质量。可选地，刚性块可以包括倒角的边缘(25、27)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声波换能器专利
本专利技术涉及一种超声波换能器，特别的，但不仅是，被用在在引导超声波的管道中使用来检查管道。背景超声波能用于检查结构，例如管道，用于鉴别结构内的瑕疵和裂缝。超声波检查装置的实例可以在WO96/12951A,WO2007/125308A2和EP1394538A1中找到。WO96/12951A描述了用于检查细长组件的装置，如管道。该装置包括夹在管外壁的一个有一定角度的换能器(或“励磁机”)环。每一个换能器包括一个压电元件，一个粘附在压电元件上的金属块，固定在压电元件的表面作为耐磨板的一个薄的面板。WO2011/131954A2描述了一个改良的超声波换能器，其包括一个耐磨板，一个安装在耐磨板后面的压电元件，以及安装在压电元件后面的刚性块，并且被配置用来作为压电元件的背衬质量。该耐磨板越过压电元件向后延伸，以便在压电元件和刚性块的至少前部的侧面上提供盖帽。
技术实现思路
根据本专利技术的第一部分，本专利技术提供了一种超声波换能器。该换能器包括耐磨帽和一个有源元件(例如压电元件)。耐磨帽包括配置的至少一个凹槽来规定一个条带，并且条带被配置成与有源元件振动连通。因此，对于给定的外力，该耐磨帽可以进一步位移，对于给定的输入信号产生更大的激发，对于给定的接收结果产生更大的输出信号。耐磨帽可以包括单个"U"形槽，因此该条带是悬臂式的。耐磨帽可以包括至少2个凹槽，配置的第一和第二个凹槽在位于第一和第二凹槽之间限定了的条带。优选的，耐磨帽包括两个凹槽。凹槽之间的条带的朝外的表面可以是平坦的。可选的，条带的朝外表面的一部分可以向外突出。例如，条带的朝外表面可以向外突出从而提供一个钝的脊线，或提供一个刀刃或尖锐的脊线。优选的,该条带沿与有源元件的极化轴成45°以内的方向延伸。例如，条带可以平行于或基本平行于有源元件的极化轴延伸。超声波换能器可以进一步包括一个刚性块，其中有源元件插入耐磨帽和刚性块之间，该刚性块被配置作为有源元件的背衬质量。刚性块具有一个顶面，一个底面和多个侧面。相邻侧面间的边缘可以形成倒角。多个侧面间的边缘可以具有倒角边缘。每一个侧面和底面间的边缘可以被倒角。刚性块的每一个侧面与底面间的边缘可以分别被倒角。倒角的宽度可以随着边缘变动。例如，倒角可以逐渐变窄。倒角可以沿着一端到另一端的边缘变更窄。根据本专利技术的第二部分，本专利技术提供了一种超声波换能器。该换能器包括一个耐磨帽、一个压电元件和一个刚性块。这个刚性快具有一个顶面、一个底面和多个侧面。相邻侧面间的边缘被倒角和/或每一个侧面和底面间的边缘被倒角。因此，倒角有助于使其更难刺激产生共振模式。倒角的宽度可以沿着边缘变动。例如，倒角可以变窄。附图说明这里将以实施例的方式，根据相关的图例，描述本
技术实现思路
，其中:图1是超声波换能器组件的分解透视图；图2是图1所示超声波换能器组件的部分剖面透视图；图3是图1所示超声波换能器组件的透视图；图4是图1沿A-A’截取的超声波换能器的横剖面视图；图5是从上面观察具有两条狭缝的耐磨板的透视图；图6是从下面观察具有两条狭缝的耐磨板的透视图；图7是具有倒角边缘的背衬块的透视图，其通常在前面和背面具有一致的横截面积；图8是具有倒角边缘的背衬块的透视图，通常它的前面和背面间的横截面积逐渐减小；图9是用于比较的没有两条狭缝的耐磨板的计算机模型；图10是具有两条狭缝的耐磨板的计算机模型；图11是另一种具有减小的接触面积的耐磨板的截面图。实施例的详细描述参照图1-7，显示了超声波换能器组件1(这里简单指“超声波换能器”)。超声波换能器1包括一个耐磨帽2(其也可以指“耐磨板”、‘面板’或“接触头”)，其具有前表面3(或“朝外表面”)，在使用中，在检查情况下它被压住并与一个物体或结构接触(未显示)，以及一个后表面4(图4)。耐磨帽2可以由陶瓷、如二氧化锆(Zio2)或氧化铝(Al2O3),或其他适当的材料制作成。耐磨帽2的前表面3一般具有截头三角棱柱形，该截头三角棱柱形具有一条中线5，并包含一个中心，在第一端和第二端7、8与第一和第二侧面9、10间延伸的平坦表面部分6，和第一第二侧面的倾斜表面部分11、12。耐磨帽2包括沿着平坦表面6的第一测面9和第二侧面10延伸的第一和第二槽口13、14(或“凹槽”)，该平坦表面6没有端点7、8。凹槽13、14通过适当的工艺过程形成，如激光加工。凹槽13、14穿过耐磨帽2，即在前表面3和后表面4之间。凹槽13、14规定了条带15(为了清晰，标示为阴影部分)，其悬在端点7、8间，并给予了更大的移动自由度，即凹槽13、14增加了激发耐磨帽2穿过的柔韧性(或“可塑性”)。换句话说，对于给定的作用力，耐磨帽2能进一步位移。条带15通常朝与有源层的极性相同的方向延伸。超声换能器1包括换能器栈16，该换能器栈16包括最接近耐磨帽2的一个接地电极17，一个以剪切方式极化压电层形式的有源层18和一个信号电极19。有源层18夹在电极17、19中间。可以包含的第二种换能器栈，如WO2011/131954A2所述，其被参考引用合并入本
技术实现思路
。一个电绝缘层20能使换能器栈16与刚性块21分开，该刚性块21提供非谐振的背衬块。刚性块21优选地由钢或其他致密材料制成，以提供高质量的块。可选择使其具有低的热膨胀系数的材料或与耐磨板2匹配的材料。还参考图7，刚性块21(在此称为“第一刚性块”或“具有均匀倒角的刚性块”)包括围绕块21的顶部23的凹边缘22，从而形成台面24。刚性块21包括倒角的侧边缘25，即，在相邻不同侧面26之间的倒角边缘。块21包括倒角的底面边缘27，即，在一个相邻侧面26和底面28之间的倒角边缘。正如稍后将更详细地说明的，这可以帮助改变背衬块21的共振频率。还参考图8，显示了另一个刚性块21′(在本文中称为“第二刚性块”或“具有锥形倒角的刚性块”)。可以使用第二刚性块21’代替图7所示的第一刚性块21。第二刚性块21′与第一刚性块21相似，除了倒角的侧边缘25′和/或倒角的底边缘27′宽度在块21′的顶部23′和底部28′之间变化。特别地，侧面倒角的宽度朝着块21'的底部28'变小。微型同轴电缆29提供与信号电极20的带电连接。电缆29位于半圆形凹槽30中，该凹槽在刚性块21的一个侧面25的中间向下延伸。耐磨帽2的形状提供了一个空间或凹部31，换能器叠层16，绝缘板20和刚性块21的顶部位于该空间或凹部31内。耐磨帽2可以被机械加工或模制成形。耐磨帽2可以具有等于或大于1mm或等于或大于2mm的材料的厚度t。如图4所述，厚度t在于待测结构接触的点(或区域)的后面(为显示)。在这个实施例中，厚度t对应耐磨帽2中间的厚度。在上述实施例中，耐磨帽2在条带15(及沿着x轴和Y轴)的宽度和长度上具有平坦的外形，并且条带15的宽度和长度具有均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超声波换能器包括：/n一个耐磨帽；以及/n一个有源元件；/n其中耐磨板包括至少两个凹槽被配置用于规定一个条带，并且这个条带被配置为可以与有源元件振动连通。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171110 GB 1718581.01.超声波换能器包括：
一个耐磨帽；以及
一个有源元件；
其中耐磨板包括至少两个凹槽被配置用于规定一个条带，并且这个条带被配置为可以与有源元件振动连通。


2.根据权利要求1的超声波换能器，其中耐磨板包括至少两个凹槽，配置的凹槽包括第一和第二凹槽用于规定第一凹槽和第二凹槽间的条带。


3.根据权利要求1或2的超声波换能器，其中位于第一和第二凹槽间的条带的朝外表面是平坦的。


4.根据权利要求1或2的超声波换能器，其中，所述条带的朝外表面的部分向外突出。


5.根据权利要求4的超声波换能器，其中所述条带的朝外表面向外延伸来提供刀刃状边缘或锋利边缘。


6.根据任意权利要求1至5的超声波换能器，其中，所述条带朝与所述有源元件的极化轴呈45°以内的方向延伸。


7.根据任意权利要求1至6的超声波换能器，进一步包括：
一个刚性块；
其中有源元件被插入耐磨帽与刚性块之...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉米·冯，
申请(专利权)人：超声超音波有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB