CN105181819A - 一种超声换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声换能器，包括外壳体和内壳体，所述内壳体内设有凹槽，所述凹槽内设有功能主模块，所述功能主模块从上至下依次设置匹配层、压电复合材料层和背衬材料层，所述功能主模块两侧设有第一电极和第二电极，所述内壳体内部设有一个以上的耦合通路出水口，所述外壳体底端设有与耦合通路出水口连通的底部通孔，所述耦合通路出水口与底部通孔形成耦合通道，所述外壳体和内壳体一侧下端设有连通的封闭通孔。本发明采用双壳体结构，壳体间留有耦合通道，内填充耦合剂。超声换能器工作时，通常耦合剂为水。水具有较大的比热，当环境温度变化或者超声换能器工作时导致的温度变化时，可以通过耦合通路中的水对温度进行自动补偿。
Description
技术领域
本发明涉及一种无损检测领域，特别是一种超声换能器。
背景技术
超声无损检测技术是利用超声波在不损坏被测物体的情况下，对被测物体内部结构进行检测和测量来确定被测物体的可靠性等行为。超声无损检测技术也是目前国际上最为通用、重要的无损检测方法，目前该技术广泛的应用于航空、航天、船舶、钢铁、冶金、电子、铁路交通等领域。
随着科技的不断发展及制作工艺技术的不断提高，超声换能器的性能得到不断的优化。但是在很多应用场合中，或者由于环境条件太过恶劣(温度过高过低)或者由于长时间连续工作，会使得超声换能器的温度过高，影响其核心部件工作状态，从而导致超声换能器性能下降甚至失效损坏，降低检测准确率。而仅仅通过风冷方式进行降温不仅效果有限，并且受到实际环境的限制。
超声换能器在工作状态时，需要在换能器发射面和被测物体之间形成一层薄耦合层，便于信号高效的耦合到被测物体中。目前多采用的方式是喷洒的方式，该方法效果较差，且需要额外的配套设施。同时换能器在工作时，由于收到来自被测物体的应力，对换能器的磨损较大，长时间工作后，会导致换能器表面不平甚至损坏。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种超声换能器。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种超声换能器，包括外壳体和内壳体，所述内壳体内设有凹槽，所述凹槽内设有功能主模块，所述功能主模块从上至下依次设置匹配层、压电复合材料层和背衬材料层，所述功能主模块两侧设有第一电极和第二电极，所述内壳体内部设有一个以上的耦合通路出水口，所述外壳体底端设有与耦合通路出水口连通的底部通孔，所述耦合通路出水口与底部通孔形成耦合通道，所述外壳体和内壳体一侧下端设有连通的封闭通孔，第一电极和第二电极的电极引线通过封闭通孔引出。
本发明中，所述外壳体高度高于内壳体高度。
本发明中，所述功能主模块通过环氧树脂固定在凹槽内。
本发明中，所述匹配层、压电复合材料层和背衬材料层均通过环氧树脂粘接。
本发明中，所述内壳体顶面以及与环绕内壳体的外壳体的顶面部分形成向内凹陷的结构。
有益效果：1、本发明采用双壳体结构，壳体间留有耦合通道，内填充耦合剂。超声换能器工作时，通常耦合剂为水。水具有较大的比热，当环境温度变化或者超声换能器工作时导致的温度变化时，可以通过耦合通路中的水对温度进行自动补偿，确保超声换能器工作在稳定的工作状态，并延长寿命。
2、本发明中超声换能器路发射面留有耦合通孔，可以为换能器提供足够的耦合器，确保超声换能器的发射的信号能够很好地透射入被测物体中，同时能够确保超声换能器良好的接收反射信号。
3、本发明采用双壳体结构，超声换能器的核心模块位于内壳体中，由于外壳体的保护，一定程度可以减轻被测物体或者外力对内壳体的磨损，延长超声换能器的寿命。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是实施例1中超声换能器的剖视图；
图2是本发明横截面示意图；
图3是功能主模块示意图；
图4是实施例2中超声换能器的剖视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细说明。
实施例1：
如图1和图2，本发明包括功能主模块1、匹配层2、压电复合材料层3、背衬材料层4、外壳体5、内壳体6、凹槽7、耦合通路出水口8、底部通孔9、耦合通道10和封闭通孔11，其中内壳体6位于外壳体内，内壳体与外壳体高度一致，内壳体6内部为凹槽7，凹槽7内设有功能主模块1，外壳体5底部设有底部通孔9，内壳体6内部设有一组耦合通路出水口8，所述耦合通路出水口8与底部通孔9连通，形成耦合通道10，外壳体5和内壳体6的一侧底端设有封闭通孔，用于将功能主模块1的信号线引出。
如图3，功能主模块1从上至下依次为匹配层2、压电复合材料层3和背衬材料层4，功能主模块1两侧设有第一电极12和第二电极13，用于引出信号线。
实施例2：
如图4，实施例2与实施例1的区别在于，实施例2中外壳体高度高于内壳体高度，内壳体6顶面以及与环绕的内壳体5的外壳体6的顶面部分形成向内凹陷的结构，在内壳体上形成一个槽，用于储存耦合剂。
本发明由功能主模块、内壳体和外壳体构成，内壳体和外壳体中间为空腔，功能主模块可以是单晶换能器也可以是双晶或者相控阵换能器；功能主模块可以是直探头也可以是斜探头，功能主模块由匹配层、压电复合材料层和背衬材料层组成，匹配层、压电复合材料层和背衬材料层通过粘结剂粘接，也可以留有通孔采用预应力螺栓固定。
本发明在工作时，通过耦合通路可以为换能器工作面提供足够的耦合剂，保证换能器与被测面良好的接触，保证换能器的检测性能。同时，由于内部耦合通路的存在，可以对换能器自身工作导致的温度升高和环境温度进行一定的调节，可以确保换能器的性能不受影响或损坏。并且外壳体可以对换能器功能主模块提供一定的保护，减少换能器功能模块的初始接触摩擦，延长换能器寿命。
本发明提供了一种超声换能器，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (5)
1.一种超声换能器，其特征在于，包括外壳体(5)和内壳体(6)，所述内壳体(6)内设有凹槽(7)，所述凹槽(7)内设有功能主模块(1)，所述功能主模块(1)从上至下依次设置匹配层(2)、压电复合材料层(3)和背衬材料层(4)，所述功能主模块(1)两侧设有第一电极(12)和第二电极(13)，所述内壳体(6)内部设有一个以上的耦合通路出水口(8)，所述外壳体(5)底端设有与耦合通路出水口(8)连通的底部通孔(9)，所述耦合通路出水口(8)与底部通孔(9)形成耦合通道(10)，所述外壳体(5)和内壳体(6)一侧下端设有连通的封闭通孔(11)，第一电极(12)和第二电极(13)的电极引线通过封闭通孔(11)引出。
2.根据权利要求1所述的一种超声换能器，其特征在于，所述外壳体(5)高度高于内壳体(6)高度。
3.根据权利要求1所述的一种超声换能器，其特征在于，所述功能主模块(1)通过环氧树脂固定在凹槽(7)内。
4.根据权利要求1所述的一种超声换能器，其特征在于，所述匹配层(2)、压电复合材料层(3)和背衬材料层(4)均通过环氧树脂粘接。
5.根据权利要求1所述的一种超声换能器，其特征在于，所述内壳体(6)顶面以及与环绕内壳体(6)的外壳体(5)的顶面部分形成向内凹陷的结构。
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