專利名稱：超聲換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于工業(yè)測(cè)量器械，特別是一種換能器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在市場(chǎng)上還沒(méi)有成熟的應(yīng)用超聲的密度測(cè)量?jī)x器產(chǎn)品，主要原因是應(yīng)用現(xiàn)有的應(yīng)用于密度測(cè)量的超聲換能器性能不夠令人滿意。超聲換能器就是產(chǎn)生和接受超聲的儀器?，F(xiàn)有的超聲換能器的主要結(jié)構(gòu)包括產(chǎn)生和接收超聲用的壓電陶瓷片和吸收測(cè)量中多余超聲的背襯。這種超聲換能器只能完成接收和發(fā)射超聲的最基本功能，對(duì)應(yīng)于這種結(jié)構(gòu)的密度測(cè)量公式，要得到被測(cè)對(duì)象的密度，需要得到被測(cè)對(duì)象的其它性能參數(shù)較多；并且在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有考慮環(huán)境因素對(duì)測(cè)量的影響，存在溫度變化時(shí)，測(cè)量精度變化很大?，F(xiàn)有的超聲換能器已經(jīng)限制了超聲法測(cè)密度的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在測(cè)量密度的精度受溫度影響大，測(cè)量時(shí)需要被測(cè)媒質(zhì)參數(shù)多的不足，本實(shí)用新型提供一種超聲換能器，通過(guò)添加高分子過(guò)渡層，減少測(cè)量所需的參數(shù)，降低溫度對(duì)測(cè)量的影響，從而提高超聲法測(cè)密度的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是包括壓電陶瓷片、背襯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚醚醚酮(PEEK)高聚物層，背襯緊貼在壓電陶瓷片一側(cè)， 信號(hào)線穿過(guò)背襯連接壓電陶瓷片，壓電陶瓷片的另一側(cè)緊貼PEEK高聚物層的一側(cè)， PEEK高聚物層的另一側(cè)緊貼PMMA高聚物層，兩段高聚物層的對(duì)稱軸在同一直線上。
壓電陶瓷片是超聲換能器的核心部分，當(dāng)外加交變電場(chǎng)時(shí)，它會(huì)發(fā)生震動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，產(chǎn)生超聲波。當(dāng)接受到超聲時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生電流，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，接收超聲波。應(yīng)用時(shí)需保證其特征頻率高于1.5Mhz。
背襯是粘附在壓電陶瓷片后面的吸收聲波的材料，由聲音阻抗大的材料組成，聲音阻抗大于4.5MPa s/m為宜。它的作用是使壓電陶瓷片在發(fā)射和接收超聲過(guò)程中盡快穩(wěn)定，減少影響測(cè)量的雜波。
超聲測(cè)量密度時(shí)直接測(cè)量的是聲波的反射時(shí)間。通過(guò)引入PMMA和PEEK高聚物層，增加了反射界面的數(shù)目，獲得的反射波也就多了。在推導(dǎo)測(cè)量公式時(shí)，就可以代入約分，簡(jiǎn)化最終的測(cè)量公式，減少需要獲得的被測(cè)物的參數(shù)個(gè)數(shù)；并且，應(yīng)用這兩個(gè)高分子層后，可以增加溫度補(bǔ)償算法，降低溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高測(cè)量精度。PMMA高聚物層取直徑大于40mm，長(zhǎng)度為15到30mm的圓柱體為佳。PEEK高聚物 層取直徑大于18mm，長(zhǎng)度為25到35mm的圓柱體為佳。
本實(shí)用新型工作時(shí)，把電信號(hào)加到信號(hào)線上，信號(hào)線穿過(guò)背襯，把電信號(hào)傳遞到 壓電陶瓷片上，壓電陶瓷片發(fā)射超聲波，超聲波傳入PEEK，經(jīng)過(guò)PEEK與PMMA界 面時(shí)一部分射入PMMA中， 一部分被反射回PEEK，反射波被壓電陶瓷片接收。透射 到PMMA內(nèi)部的超聲波繼續(xù)沿PMMA傳播，超聲波經(jīng)過(guò)PMMA界面時(shí)，也是一部 分透射出去， 一部分反射回來(lái)，反射波穿過(guò)PEEK，被壓電陶瓷片接收。
壓電陶瓷片在超聲波的傳播過(guò)程中得到兩個(gè)反射回來(lái)的超聲波信號(hào)，根據(jù)壓電陶 瓷片接收到反射兩個(gè)超聲波的時(shí)間，可以列出兩個(gè)關(guān)于被測(cè)液體的關(guān)系式，在實(shí)際測(cè) 量液體密度時(shí)，把這兩個(gè)式子代入到密度的關(guān)系式中，減少了需要的被測(cè)液體的參數(shù)。
因?yàn)槌暡ㄔ赑MMA和PEEK中傳播的速度是受溫度影響的，溫度不同時(shí)，傳播 速度不同。根據(jù)超聲波在PEEK和PMMA中傳播的時(shí)間，實(shí)時(shí)校正超聲波在PMMA 和PEEK中的傳播速度，減小了溫度對(duì)測(cè)量精度的影響。
本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型可以作為超聲密度計(jì)的換能器，從而引入 新的計(jì)算公式，并且可以很方便的進(jìn)行溫度補(bǔ)償，可極大避免溫度帶來(lái)的影響，大大 提高了超聲測(cè)量密度的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。本實(shí)用新型可以用來(lái)測(cè)量流速，還可以用它 組成質(zhì)量流量計(jì)，大大降低體積流量計(jì)因環(huán)境溫度變化時(shí)產(chǎn)生的誤差。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖中，l-信號(hào)線，2-背襯，3-壓電陶瓷片，4-PEEK， 5-PMMA。
圖2是本實(shí)用新型的工作原理示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)例一本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，PEEK直徑18mm，長(zhǎng)25mm，聲阻 4.20 MPa s/m; PMMA直徑40mm，長(zhǎng)15mm，聲阻3.19 MPa s/m，調(diào)整位置，保 證兩段高聚物的對(duì)稱軸在同一直線上，用少量的丙烯晴粘起來(lái)。壓電陶瓷片型號(hào)為PZ —27 ，特征頻率1.5Mhz，直徑12mm，厚lmm。用丙烯晴將壓電陶瓷片粘到PEEK上，讓壓電陶瓷片恰好在PEEK的中央。背襯聲阻為20MPa s/m，采用鎢粉與有機(jī)樹(shù)脂的混合物，鴨粉占總質(zhì)量的20%，背襯恰好蓋住壓電陶瓷片。從壓電陶瓷片的兩 端引出兩個(gè)信號(hào)線，和在一起，穿過(guò)背襯中心引出來(lái)。
實(shí)例二本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)如圖l所示，其中，PEEK直徑20mm，長(zhǎng)30mm，聲阻 4.20 MPa s/m; PMMA直徑45mm，長(zhǎng)25mm，聲阻3.19 MPa s/m，調(diào)整位置，保 證兩段高聚物的對(duì)稱軸在同一直線上，用少量的丙烯晴粘起來(lái)。壓電陶瓷片型號(hào)為PZ 一27 ，特征頻率2.5Mhz，直徑12mm，厚lmm。用丙烯晴將壓電陶瓷片粘到PEEK 上，讓壓電陶瓷片恰好在PEEK的中央。背襯聲阻為20MPa，s/m，采用鎢粉與有機(jī) 樹(shù)脂的混合物，鉤粉占總質(zhì)量的20%，背襯恰好蓋住壓電陶瓷片。從壓電陶瓷片的兩端引出兩個(gè)信號(hào)線，和在一起，穿過(guò)背襯中心引出來(lái)。
實(shí)例三本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)如圖l所示，其中，PEEK直徑25mm，長(zhǎng)35mm，聲阻 4.20 MPa s/m; PMMA直徑50mm，長(zhǎng)30mm，聲阻3.19 MPa s/m，調(diào)整位置，保證兩段高聚物的對(duì)稱軸在同一直線上，用少量的丙烯晴粘起來(lái)。壓電陶瓷片型號(hào)為PZ 一27 ，特征頻率3Mhz，直徑12mm，厚lmm。用丙烯晴將壓電陶瓷片粘到PEEK上， 讓壓電陶瓷片恰好在PEEK的中央。背襯聲阻為20MPa，s/m,采用鎢粉與有機(jī)樹(shù)脂 的混合物，鎢粉占總質(zhì)量的20%，背襯恰好蓋住壓電陶瓷片。從壓電陶瓷片的兩端引 出兩個(gè)信號(hào)線，和在一起，穿過(guò)背襯中心引出來(lái)。
通過(guò)對(duì)超聲換能器的標(biāo)定和測(cè)試，確定超聲換能器在正常的工作條件下(使用溫 度0 50℃，相對(duì)溫度《85%)，測(cè)量范圍達(dá)到0.1 3g/cm3，分辨力達(dá)到0.1 g/cm3，精度達(dá)到2%。
權(quán)利要求1、超聲換能器，包括壓電陶瓷片、背襯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚醚醚酮高聚物層，其特征在于背襯緊貼在壓電陶瓷片一側(cè)，信號(hào)線穿過(guò)背襯連接壓電陶瓷片，壓電陶瓷片的另一側(cè)緊貼聚醚醚酮高聚物層的一側(cè)，聚醚醚酮高聚物層的另一側(cè)緊貼聚甲基丙烯酸甲酯高聚物層，兩段高聚物層的對(duì)稱軸在同一直線上。
2、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其特征在于所述的壓電陶瓷片特征頻率高于1.5Mhz。
3、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其特征在于所述的背襯聲音阻抗大于4.5MPa s/m。
4、 根據(jù)利用權(quán)利要求1所述的超聲換能器，其特征在于所述的聚甲基丙烯酸甲酯高聚物層是直徑大于40mm，長(zhǎng)度為15到30mm的圓柱體；聚醚醚酮高聚 物層是直徑大于18mm，長(zhǎng)度為25到35mm的圓柱體。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種超聲換能器，包括壓電陶瓷片、背襯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚醚醚酮高聚物層背襯緊貼在壓電陶瓷片一側(cè)，信號(hào)線穿過(guò)背襯連接壓電陶瓷片，壓電陶瓷片的另一側(cè)緊貼聚醚醚酮高聚物層的一側(cè)，聚醚醚酮高聚物層的另一側(cè)緊貼聚甲基丙烯酸甲酯高聚物層，兩段高聚物層的對(duì)稱軸在同一直線上。本實(shí)用新型可以作為超聲密度計(jì)的換能器，從而引入新的計(jì)算公式，并且可以很方便的進(jìn)行溫度補(bǔ)償，可極大避免溫度帶來(lái)的影響，大大提高了超聲測(cè)量密度的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。本實(shí)用新型可以用來(lái)測(cè)量流速，還可以用它組成質(zhì)量流量計(jì)，大大降低體積流量計(jì)因環(huán)境溫度變化時(shí)產(chǎn)生的誤差。
文檔編號(hào)B06B1/06GK201179499SQ200820028589
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者傅增祥, 堯 劉, 卜毅男, 欣 鄭, 金若鵬 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)