超聲波換能器制造技術

公開了一種在使用過程中安裝于標靶上的壓電換能器，包括：壓電元件，該壓電元件具有面向所述標靶的正面以及背向所述標靶的相對背面，其中，該壓電元件具有第一聲阻抗；位于所述壓電元件背面一側的受壓元件，該受壓元件具有小于所述第一聲阻抗的第二聲阻抗；以及壓縮機構，該壓縮機構將所述受壓元件朝所述壓電元件推動，以使得該受壓元件被壓于所述壓縮機構和壓電元件之間。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】超聲波換能器
本專利技術涉及一種壓電超聲波換能器，該壓電超聲波換能器含有低聲阻抗受壓元件，以有助于機械式地衰減壓電元件發出的信號。
技術介紹
超聲波換能器廣泛用于各種先進技術行業，并分為發射器、接收器、收發器三大類。超聲波換能器可用于對導致超聲波發生變化的標靶進行評價，以確定標靶的一種或多種特性。也就是說，標靶能夠接收超聲波，而且通過對反射波進行分析，可以了解標靶的特性。在工業環境中，超聲波換能器可用于評價標靶的組成、尺寸、密度以及溫度等物理特性。此外，超聲波技術和超聲波換能器還可用于測定物體的位置。超聲波換能器通常由壓電技術實現，其中，壓電元件可用作發射器、接收器或收發器。在發射器情形中，壓電元件設于標靶上，并因電激發而使得超聲波通過換能器進入標靶。在接收器情形中，壓電元件接收超聲波，并將該回波轉換成可由相應技術分析的電信號。在收發器情形中，壓電元件既發射超聲波，也接收超聲波。一般情況下，超聲波換能器設計有聲致阻尼功能，該功能通常可使得聲音有效地傳遞至壓電元件背面上的吸聲材料中。為了實現對超聲波響應的調節，換能器還可包括設于系統中的RLC電路等電氣匹配和電致阻尼元件。為了實現良好的聲致阻尼作用，吸聲元件往往具有相對較高的聲阻抗，而且該聲阻抗往往與壓電材料的聲阻抗相同或極其相近。如此，壓電元件和吸聲元件之間可實現有效的聲耦合，從而有助于從壓電元件背面發出的超聲波的傳遞。一旦進入吸聲元件，超聲波一般在聲波的散射、吸收及幾何偏轉的作用下衰減。因此，超聲波換能器中使用的現有吸聲元件一般設計為對能量具有散射作用，而且通常包括含兩種或更多種材料的復合材料。相應地，為了實現較高的聲阻抗，聲學材料可例如為將鎢或銅等重金屬摻入可鑄陶瓷和/或玻璃內形成的混合物。復合材料的使用可導致吸聲元件尤其在高溫環境下存在設計復雜的問題。本專利技術旨在提供一種采用可替代吸聲元件的換能器。
技術實現思路
本專利技術提供一種根據所附權利要求書的壓電換能器。以下所述為一種可在使用過程中安裝于標靶上的壓電換能器。該換能器可包括壓電元件，該壓電元件具有面向所述標靶的正面以及背向所述標靶的相對背面。該壓電元件可具有第一聲阻抗；該壓電元件的背面一側可設置受壓元件。該受壓元件可具有小于所述第一聲阻抗的第二聲阻抗。此外，還可設置壓縮機構，該壓縮機構將所述受壓元件朝所述壓電元件推動以使得該受壓元件被壓于所述壓縮機構和壓電元件之間。通過提供具有更低聲阻抗且被壓縮的受壓元件的壓電換能器，可以簡化所述受壓元件的設計。此外，其還可減小所述換能器在高溫下操作時該器件內的熱致應力。此外，還公開一種可在使用過程中安裝于標靶上的壓電換能器，包括壓電元件，該壓電元件具有面向所述標靶的正面以及背向所述標靶的相對背面；以及設于所述壓電元件背面一側的受壓元件。該受壓元件可具有小于20Mrayls的聲阻抗。可以理解的是，雖然對于某些材料來說，可以發生物理壓縮，但是本文使用的“壓縮”一詞涉及壓縮力的施加，而非對受壓元件實施的可縮小該元件尺寸的物理壓縮。所述受壓元件可含有基本上無法壓縮的材料。該受壓元件也可含有可大幅壓縮的材料，例如，其可由可壓縮粉末或在高負載下變形的材料(如網狀或基質材料)制成。在該情形中，所述受壓元件的聲阻抗由施加至換能器上的可改變其密度的負載力控制。此外，吸聲和散射性能也與所施加的負載力有關。所述第二聲阻抗可小于20Mrayls。該第二聲阻抗可大于1Mrayls。該第二聲阻抗可介于1Mrayls和15Mrayls之間。該聲阻抗范圍的上限可以為12.5Mrayls。該上限可以為10Mrayls。該聲阻抗范圍的下限可以為2Mrayls或5Mrayls。所述第二聲阻抗可小于5.5Mrayls。該聲阻抗可介于1Mrayls和4.5Mrayls之間。該聲阻抗可小于4.5Mrayls。該第二聲阻抗可小于3.5Mrayls。所述受壓元件可具有面向所述壓電元件的接觸表面以及與所述壓縮機構接合的受力表面。該受力表面可背向所述壓電元件。雖然本文所述實施例將所述壓縮機構設于所述受壓元件的后側，但是在其他實施例中，該壓縮機構也可設于所述受壓元件的多于一側，或者設于該受壓元件的旁側。該受壓元件可含有陶瓷。該陶瓷可以為可鑄陶瓷或陶瓷水泥。該陶瓷可包括氧化鋯、堿金屬氟硅酸鹽、硅酸鈣以及硅酸鋁當中的一種或多種。該陶瓷可以為多孔陶瓷，以提高不透超聲波的能力。所述受壓元件可含有耐火水泥。壓電換能器還可包括負載力傳遞元件，負載力可通過該負載力傳遞元件從所述壓縮機構傳遞至所述受壓元件。該負載力傳遞元件可以為所述壓縮機構的一部分，并因而附接于該壓縮機構之上，并且/或者與其形成一體。或者，該負載力傳遞元件可以為所述換能器的一部分。在系統的組裝和使用過程中，該負載力傳遞元件可僅與所述壓縮機構接觸。該負載力傳遞元件可包括后側外表面，該后側外表面可包括用于與所述壓縮機構接合的圓形表面。所述換能器可進一步包括供所述壓電元件和受壓元件至少部分容納于其中的殼體。該殼體可容納所述負載力傳遞元件的近端。該負載力傳遞元件可以以可滑動方式容納于所述殼體中。所述壓縮機構可包括鉗箍，該鉗箍附接于所述標靶上，并用于通過所述受壓元件和壓電元件，將所述換能器鉗固于所述標靶上。所述壓縮機構可將所述換能器鉗固于所述標靶上。該鉗箍可將所述受壓元件推向所述壓電元件，以實現該兩者之間的緊密接觸。所述壓縮機構可附接于所述標靶上，或者構成其一部分。所述附接可通過延伸至所述標靶的延伸結構實現。該延伸結構可例如為可供所述鉗固機構附接于其上的托架或其他結構。所述鉗箍可以為箍帶。該箍帶可至少環繞所述標靶的一部分。所述壓縮機構可包括將所述受壓元件向前推的彈性偏向元件。該壓縮機構可用于將所述受壓元件和壓電元件壓抵所述標靶。當所述換能器包括蓋板時，該壓縮機構可將所述受壓元件和壓電元件壓抵所述蓋板。所述彈性偏向元件可以為延伸跨過所述殼體背面且與所述負載力傳遞元件或受壓元件接觸的彈簧元件。所述彈性偏向元件可附接于所述殼體上。該彈性偏向元件可以為膜片。該彈性偏向元件可提供所述殼體的帽狀物。所述壓縮機構可向所述受壓元件施加至少0.5kN的作用力。該壓縮機構可向所述受壓元件施加至少1kN的作用力。該壓縮機構所施加的作用力可大于0.5kN。該作用力可大于1kN。該作用力范圍的上限可小于2kN。該壓縮機構所施加的壓強可介于2.5MPa和500MPa之間。在多種實施例中，所述壓強介于20MPa和30MPa之間，或介于10MPa和40MPa之間。所述壓縮機構可以為溫度響應性壓縮機構，以使得壓縮力無論溫度如何均保持于預定容差以內。所述壓電換能器可進一步包括所述標靶，或者作為含有該標靶的系統的一部分。該系統可以為超聲波檢測系統。所述標靶可具有供所述換能器安裝于其上的圓形表面。該標靶可以為管道。該標靶的溫度可大于200度。所述受壓元件和壓電元件可由所述壓縮機構的壓縮力保持于一起。所述受壓元件和壓電元件可自由結合(層疊)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種壓電換能器(300)，用于在使用過程中安裝于一標靶(302)上，其特征在于，包括：/n一壓電元件(304)，具有面向所述標靶的正面(304a)以及背向所述標靶的相對的背面(304b)，其中，所述壓電元件具有第一聲阻抗；/n一受壓元件，位于所述壓電元件的所述背面一側，所述受壓元件具有小于所述第一聲阻抗的第二聲阻抗；以及/n一壓縮機構(310)，用于將所述受壓元件朝所述壓電元件推壓，以使得所述受壓元件被壓于所述壓縮機構和所述壓電元件之間。/n

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】20180501 GB 1807177.91.一種壓電換能器(300)，用于在使用過程中安裝于一標靶(302)上，其特征在于，包括：
一壓電元件(304)，具有面向所述標靶的正面(304a)以及背向所述標靶的相對的背面(304b)，其中，所述壓電元件具有第一聲阻抗；
一受壓元件，位于所述壓電元件的所述背面一側，所述受壓元件具有小于所述第一聲阻抗的第二聲阻抗；以及
一壓縮機構(310)，用于將所述受壓元件朝所述壓電元件推壓，以使得所述受壓元件被壓于所述壓縮機構和所述壓電元件之間。


2.如權利要求1所述的壓電換能器，其特征在于，所述第二聲阻抗小于20Mrayls。


3.如權利要求1或2所述的壓電換能器，其特征在于，所述第二聲阻抗大于1Mrayls。


4.如前述任一權利要求所述的壓電換能器，其特征在于，所述第二聲阻抗小于5.5Mrayls。


5.如前述任一權利要求所述的壓電換能器，其特征在于，還包括一負載力傳遞元件，負載力經所述負載力傳遞元件從所述壓縮機構傳遞至所述受壓元件。


6.如權利要求5所述的壓電換能器，其特征在于，所述負載力傳遞元件包括一后側外表面，所述后側外表面包括用于與所述壓縮機構接合的圓形表面。


7.如前述任一權利要求所述的壓電換能器，其特征在于，所述壓縮機構包括一鉗箍，所述鉗箍可附接于所述標靶上，并用于通過所述受壓元件和所述壓電元件將所述壓電換能器鉗固于所述標靶上。


8.如前述任一權利要求所述的壓電換能器，其特征在于，所述壓縮機構包括用于將所述受壓元件前推的一彈性偏向元件。


9.如權利要求8所述的壓電換能器，其特征在于，所述彈性偏向元件為延伸跨過殼體的背面且與所述負載力傳遞元件或所述受壓元件接觸的彈簧元件，所述殼體容納所述受壓元件和所述壓電元件。


10.如前述任一權利要求所述的壓電換能器，其特征在于，所述壓縮機構向所述受壓元件施加至少0.5kN的作用力。


11.如前述任一權利要求所述的壓電換能器，其特征在于，所述壓縮機構向所述受壓元件施加至少1kN的作用力。


12.如前述任一權利要求所述的壓電換能器，其特征在于，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：塞繆爾·約瑟夫·希爾，菲利普·布萊恩·哈珀，塔皮瓦·羅帕法佐·穆塔薩，
申請(專利權)人：齊保索尼克斯有限公司，
類型：發明
國別省市：英國;GB