用于激发高纯度横波模式的压电超声换能器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种用于激发高纯度横波模式的压电超声换能器，包括作厚度剪切振动的压电基片和电极，压电基片为矩形基片，电极由等厚的金属膜构成，其中一个电极为盒状，另一个电极为矩形薄片状，盒状电极紧贴压电基片且包覆矩形基片的下底面、四个侧面以及上底面的四条等宽边缘，矩形薄片状电极贴于压电基片的上底面，矩形薄片状电极的长度大于宽度的两倍，矩形薄片状电极与盒状电极上底面边缘之间的间隙相等于盒状电极上底面四条边缘的宽度。采用本实用新型专利技术的结构，可激发出高纯度的横波模式，从而对于采用横波方式测量的场合，会更加有利于波形的观察和测量，提高检测和测量效果。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于超声测量、超声无损检测
，具体地说，涉及一种横波超声换能器。
技术介绍
在对材料的力学或声学参数进行测量时需要用到模式纯度较高的横波超声换能器。现有的一些商用横波换能器在激发超声横波信号的同时，因压电基片横、纵波振动模式的相互耦合，还会同时激发出较为明显的超声纵波信号，从而影响到对实际声波信号进行观察和测量的效果。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种用于激发横波模式纯度高的压电超声换能器，能保证换能器在激发横波模式的同时，可较大程度地抑制纵波模式的激发，适用于材料的超声测量或超声无损检测等领域。为此，本技术提出了一种用于激发高纯度横波模式的压电超声换能器，包含有作厚度剪切振动的压电基片和电极，压电基片为矩形基片，电极由等厚的金属膜构成，其中一个电极为盒状，另一个电极为矩形薄片状，盒状电极紧贴压电基片且包覆压电基片的下底面、四个侧面以及上底面的四条等宽边缘，矩形薄片状电极贴于压电基片的上底面，矩形薄片状电极的长度大于宽度的两倍，矩形薄片状电极与盒状电极上底面边缘之间的间隙相等于盒状电极上底面四条边缘的宽度。采用上述电极结构与作厚度剪切振动的矩形压电基片组装所形成的换能器，使用中可在一定程度上抑制沿压电基片厚度方向上所加电场的边缘效应。如此，在压电基片上、下底面电极的正对区域内，其中的沿厚度方向上所施加的交变电场的空间均匀性将得到改善，这将有利于压电基片在沿厚度方向交变电场的驱动作用下产生模式纯度高的厚度剪切振动。两根电极引线可从压电基片的上底面直接引出，如此可使换能器电极引线的焊接变得方便。采用本技术的结构，可激发出高纯度的横波模式，从而对采用横波方式测量场合，会更加有利于波形的观察和测量，提高检测和测量效果。附图说明图I是本技术的结构示意图。图2是图I的俯视图。图3是本技术的立体示意图。图4是图2的A-A剖视图。图5是图2的B-B剖视图。图6是对应于图4所示状态下电极结构抑制压电基片电场边缘效应的示意图。图7是对应于图5所示状态下电极结构抑制压电基片电场边缘效应的示意图。图8是本技术使用时与试件的配置示意图。图9是采用自发自收方式观察横波换能器回波响应的实验框图，其中Ritec 5000SNAP系统提供 驱动换能器的射频脉冲信号和对回波信号进行接收。具体实施方式下面通过具体实施例对本技术进行详细说明。如图I至图5所示，本技术提出一种用于激发高纯度横波模式的压电超声换能器，包含作厚度剪切振动的压电基片I和电极，压电基片I为矩形基片，电极由等厚的金属膜构成，其中一个电极为盒状，另一个电极为矩形薄片状，盒状电极2紧贴压电基片I且包覆压电基片I的下底面、四个侧面以及上底面的四条等宽边缘，矩形薄片状电极3贴于压电基片I的上底面，矩形薄片状电极3的长度大于宽度的两倍，矩形薄片状电极3与盒状电极2上底面边缘之间的间隙相等于盒状电极2上底面四条边缘的宽度。为便于以下说明，在图2、图4中标出了以符号代替的尺寸。压电基片I为Z切Z传LiNbOdg形基片，根据已有文献(张福学孙慷主编《压电学》，国防工业出版社，1984)可知，其长度应大于其宽度的两倍，矩形压电基片作厚度剪切振动的谐振频率/ = ^cJd , d为基片厚度，Ct为沿基片厚度方向CT轴方向)的横波声速。图3中分别标示出了 Z、7、Z轴的方向。设整个换能器的总长为Z , W为整个换能器的总宽，盒状电极2上底面四条边缘的宽度相等且为5 ,矩形薄片状电极3与盒状电极2上底面边缘之间的间隙为则有(jL AS) > 2 x (w ASy。使用时，按图8方式进行配置，其中标号4为固体试件，横向双向箭头表示横波质点的振动方向，竖向的向下单向箭头表示传播方向，标有“ + 的两条引线表示从电极引出的电极引线。对应于图4所示状态下电极结构抑制矩形压电基片电场边缘效应的示意如图6所示，对应于图5所示状态下电极结构抑制矩形压电基片电场边缘效应的示意如图7所示，均布向下箭头的区域为均匀电场区域。本实施例采用自发自收方式观察横波换能器回波响应，如图9所示，其中的横波换能器分别采用本技术和美国Ritec Inc提供的中心频率为2. OMHz直径为0.75〃 (coaxial plating)的横波换能器。本实施例的Z切Z传LiNb03矩形压电基片的具体尺寸为=26 mm，w =12 mm , S =1 mm，d二 0. 75 mm (厚度剪切振动的谐振频率为2. 71MHz)。将该基片的上下底面和四个侧面抛光，用作电极的金属膜(铝膜)的厚度为I. 5微米。图9中标号5为示波器，6为Ritec 5000 SNAP系统，7为衰减器，8为双工器，9为用PPS材料(聚苯硫醚)制作的厚度为40 mm的试件，10为横波换能器。将低熔点(42°C)的水杨酸苯脂加温先熔化，冷却至室温后可将横波换能器与PPS试块紧密固定，以保证横波能量可有效传入PPS试块内。实验时，采用载波频率为2. 71MHz周波数为5且汉宁加权的射频脉冲信号激励本技术；采用载波频率为2. OMHz周波数为5且汉宁加权的射频脉冲信号激励直径为0. 75〃中心频率为2. OMHz (coaxial plating, Ritec Inc提供)的横波换能器。实验表明，本技术所激发的横波模式纯度高，横波峰值与纵波峰值之比为45，纵波响应远低于横波。而美国Ritec Inc提供的中心频率为2. OMHz直径为0. 75〃 (coaxialplating)的横波换能器，其横 、纵波时域脉冲信号的峰值几乎相当，其比值为0.75。可见，采用本技术，可激发出高纯度的横波模式，对于采用横波方式测量的场合，更加有利于波形的观察和测量。权利要求1.一种用于激发高纯度横波模式的压电超声换能器，包括作厚度剪切振动的压电基片和电极，其特征在于所述压电基片为矩形基片，电极由等厚的金属膜构成，其中一个电极为盒状，另一个电极为矩形薄片状，盒状电极紧贴压电基片且包覆压电基片的下底面、四个侧面以及上底面的四条等宽边缘，矩形薄片状电极贴于压电基片的上底面，矩形薄片状电极的长度大于宽度的两倍，矩形薄片状电极与盒状电极上底面边缘之间的间隙相等于盒状电极上底面四条边缘的宽度。2.如权利要求I所述用于激发高纯度横波模式的压电超声换能器，其特征在于所述压电基片为I切Z传LiNbO3矩形压电基片。专利摘要本技术提供了一种用于激发高纯度横波模式的压电超声换能器，包括作厚度剪切振动的压电基片和电极，压电基片为矩形基片，电极由等厚的金属膜构成，其中一个电极为盒状，另一个电极为矩形薄片状，盒状电极紧贴压电基片且包覆矩形基片的下底面、四个侧面以及上底面的四条等宽边缘，矩形薄片状电极贴于压电基片的上底面，矩形薄片状电极的长度大于宽度的两倍，矩形薄片状电极与盒状电极上底面边缘之间的间隙相等于盒状电极上底面四条边缘的宽度。采用本技术的结构，可激发出高纯度的横波模式，从而对于采用横波方式测量的场合，会更加有利于波形的观察和测量，提高检测和测量效果。文档编号G01N29/34GK202421139SQ201220038620公开日2012年9月5日 申请日期2012年2月8日 优先权日2012年2月8日本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓明晰，吕霞付，
申请(专利权)人：中国人民解放军后勤工程学院，
类型：实用新型
国别省市：