一种高温超声换能器制造技术

本实用新型专利技术涉及高温流体测速领域，尤其是一种高温超声换能器。本实用新型专利技术所提供高温超声换能器包括：加固模块、液态波导模块和压电模块；其中，加固模块设置于所述液态波导模块的一端，所述加固模块与高温流体接触；液态波导模块背离加固模块的一端与压电模块固定连接。本实用新型专利技术通过加固模块作为接触高温流体的探测前端，弥补了液态波导模块前壁结构薄弱，在持续高温环境下易于变形、破碎的缺点；同时，液态波导模块可与多个压电元件进行匹配，有效减弱大量周壁反射、散射噪声造成的超声混叠，进而提升高温超声换能器的整体性能。本实用新型专利技术的结构简单，性能稳定，能够很好地满足实际高温流体测速所需的高温超声换能器性能需求。需求。需求。

【技术实现步骤摘要】
一种高温超声换能器


[0001]本技术涉及高温流体测速领域，尤其是一种高温超声换能器。

技术介绍

[0002]超声多普勒测速法作为研发液态锂铅包层的重要测量手段，以非接触的方式对高温液态锂铅流体进行测速工作。实现超声多普勒测速法所需使用的高温超声换能器工作在极端环境下，因此，对应的高温超声换能器必须具备耐高温、耐腐蚀的特性。高温超声换能器的最大工作温度受限于压电模块内压电元件的居里温度，为使其在高温环境下也能正常工作，现有技术的主要思路是采用外接波导杆的方式，使压电模块内温度低于压电元件的居里温度。
[0003]高温超声换能器一般包括产生和接收超声波信号的压电模块，以及对压电模块进行隔热保护的波导杆模块。液态式波导杆能同包含多个压电元件的超声阵列换能器匹配，有效减弱大量周壁反射、散射噪声造成的超声混叠。但是现有液态导杆由于其超声传输特性导致其前壁通常较薄，长时间的高温测量会使其结构变得脆弱，易发生变形、破碎等问题，受损后的液态波导杆会对发射与接收的超声波信号产生严重干扰。

技术实现思路

[0004]第一方面，针对现有技术的不足与实际应用的需求，本技术提供了一种高温超声换能器，所述高温超声换能器包括：加固模块、液态波导模块和压电模块；所述加固模块设置于所述液态波导模块的一端，所述加固模块与高温流体接触；所述液态波导模块背离所述加固模块的一端与所述压电模块固定连接。本技术通过加固模块作为接触高温流体的探测前端，弥补了液态波导模块前壁结构薄弱，在持续高温环境下易于变形、破碎的缺点；同时，液态波导模块可与多个压电元件进行匹配，有效减弱大量周壁反射、散射噪声造成的超声混叠，进而提升高温超声换能器的整体性能。本技术的结构简单，性能稳定，能够很好地满足实际高温流体测速所需的高温超声换能器性能需求。
[0005]可选地，所述液态波导模块包括周向外壳以及密封所述周向外壳的前壁和后壁；所述周向外壳与所述前壁、所述后壁围合形成腔体；所述腔体的内部注入用于传输超声波的液体介质。
[0006]进一步可选地，所述前壁的材质包括钛、钛合金或者不锈钢。本技术通过选择机械结构性能稳定的材质，强化了液态波导模块与高温流体接触前端的机械结构性能，降低了前壁在高温环境下的变形、破碎风险。
[0007]进一步可选地，所述周向外壳的内壁面覆盖吸声层。本技术通过在周向外壳的内表面设置吸声层吸收液态介质中的反射噪声和散射噪声，提升高温超声换能器的信噪比。
[0008]进一步可选地，所述高温超声换能器还包括：液冷腔和冷却液；所述液冷腔套设在所述周向外壳上，所述液冷腔上设置有冷却液入口和冷却液出口；所述冷却液通过所述冷
却液入口进入所述液冷腔，所述冷却液通过所述冷却液出口流出所述液冷腔。本技术通过液冷方式辅助液态波导模块进行散热，极大程度地提升了液态波导模块的散热效率。较之现有技术，在散去相同热量的前提下，本技术所提供的液态波导模块所需要的长度更短，超声波在液态波导模块中传输时的衰减也会更小，更有利于获得超声波反射信号，即提高了超声波反射信号的信噪比，并且较大程度地减少对流体速度场测量深度的影响。
[0009]可选地，所述加固模块包括多根金属细棒集成的捆绑式波导杆。通过多根金属细棒集成的捆绑式波导杆易获取，同时捆绑式波导杆机械结构性能稳定，内部基本不存在超声散射损失，捆绑式波导杆作为本技术的整体波导结构的前端与高温流体接触，能够很好的接收和发射超声波信号。
[0010]进一步可选地，所述金属细棒的直径为小于或者等于超声波的波长。当金属细棒的直径为小于或者等于超声的波波长时，超声波在捆绑式波导杆内具有最佳的传输效率。
[0011]进一步可选地，所述捆绑式波导杆与所述液态介质的接触面光滑。光滑的接触面有利用保证捆绑式波导杆在液态介质中的浸润性，以提高超声波在捆绑式波导杆与液态波导模块之间的传输效率。
[0012]进一步可选地，所述加固模块设置于所述腔体内部背离所述压电模块的一端，所述加固模块与所述前壁的内壁面固定连接。本技术将加固模块设置在液态波导模块与高温流体的前端，进一步地将其设置在具有吸声层的腔体内部前端，不仅液态波导模块与高温流体接触前端的机械结构性能，还能够有效地吸收周壁产生的散射信号。
[0013]可选地，所述压电模块包括多个压电元件，各个所述压电元件分别与所述液态波导模块匹配。本技术中液态波导模块与多个均能单独控制的压电元件匹配后，进一步减弱大量周壁反射噪声以及散射噪声造成的超声混叠，又能提高反射的超声波的信噪比，避免波导杆内的各压电元件间的超声串扰。同时，本技术的多个压电元件，相比于单个压电元件的高温超声换能器，在实际应用上，可灵活地个性化选择各个压电元件的工作状态，也可进行更为广泛的流场测量。
附图说明
[0014]图1为本技术的高温超声换能器连接示意图；
[0015]图2为本技术的实施例中液态波导模块结构示意图；
[0016]图3为本技术的实施例中液冷结构示意图；
[0017]图4为本技术的实施例中高温超声换能器的波导结构示意图；
[0018]图5为本技术的实施例中高温超声换能器结构示意图。
具体实施方式
[0019]下面将详细描述本技术的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本技术。在以下描述中，为了提供对本技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本技术。在其他实例中，为了避免混淆本技术，未具体描述公知的电路，软件或方法。
[0020]在整个说明书中，对"一个实施例"、"实施例"、"一个示例"或"示例"的提及意味
着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语"在一个实施例中"、"在实施例中"、"一个示例"或"示例"不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
[0021]在一个实施例中，请参见图1，本技术所提供的高温超声换能器包括：加固模块1、液态波导模块2和压电模块3；所述加固模块1设置于所述液态波导模块2的一端，所述加固模块1与高温流体接触；所述液态波导模块2背离所述加固模块1的一端与所述压电模块3固定连接。图1中箭头表示高温流体的流动方向。本技术通过加固模块1作为接触高温流体的探测前端，弥补了液态波导模块2的前端结构薄弱，在持续高温环境下易于变形、破碎的缺点；同时，液态波导模块2可与多个压电元件53进行匹配，有效减弱大量周壁反射、散射噪声造成的超声混叠，进而提升高温超声换能器的整体性能。本技术的结构简单，性能稳定，能够很好地满足实际高温流体测速所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温超声换能器，其特征在于，所述高温超声换能器包括：加固模块、液态波导模块和压电模块；所述加固模块设置于所述液态波导模块的一端，所述加固模块与高温流体接触；所述液态波导模块背离所述加固模块的一端与所述压电模块固定连接。2.根据权利要求1所述的高温超声换能器，其特征在于，所述液态波导模块包括周向外壳以及密封所述周向外壳的前壁和后壁；所述周向外壳与所述前壁、所述后壁围合形成腔体；所述腔体的内部注入用于传输超声波的液体介质。3.根据权利要求2所述的高温超声换能器，其特征在于，所述前壁的材质包括钛、钛合金或者不锈钢。4.根据权利要求2所述的高温超声换能器，其特征在于，所述周向外壳的内壁面覆盖吸声层。5.根据权利要求2
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4任一所述的高温超声换能器，其特征在于，所述高温超声换能器还包括：液冷腔和冷却液；所述液冷腔套设在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪明玖，潘定羿，阳倦成，黄逸飞，吕泽，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：新型
国别省市：