CN112212900A - 一种低成本高灵敏度超声波探测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及湿度探测领域，具体提供了一种低成本高灵敏度超声波探测器，磁体的两端面分别连接第一铁轭和第二铁轭，第一铁轭的另一端固定地连接在传感部的一端面上，第一铁轭的长度方向和传感部端面法线方向垂直，传感部的另一端面固定地连接第三铁轭，第三铁轭的长度方向与传感部另一端面的法线方向垂直，第二铁轭的端面和第三铁轭的端面间设有间隙，传感部呈悬空状态，传感部为超磁致伸缩材料，传感部的内部设有空腔。本发明具有超声波探测灵敏度高、量程宽的优点，并适合在水下应用。

Description

一种低成本高灵敏度超声波探测器
技术领域
本发明涉及超声波探测领域，具体涉及一种低成本高灵敏度超声波探测器。
背景技术
超声波是指频率高于20000赫兹的声波，超声波的方向性好，反射能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离比空气中远，在测距、测速、焊接、清洗、杀菌等领域具有重要的应用。传统超声波探测多是基于电学原理的，探测灵敏度低，另外，也限制了其在水下的广泛应用。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种低成本高灵敏度超声波探测器，包括：磁体、传感部、第一铁轭、第二铁轭、第三铁轭，磁体的两端面分别连接第一铁轭和第二铁轭，第一铁轭的另一端固定地连接在传感部的一端面上，第一铁轭的长度方向和传感部端面法线方向垂直，传感部的另一端面固定地连接第三铁轭，第三铁轭的长度方向与传感部另一端面的法线方向垂直，第二铁轭的端面和第三铁轭的端面间设有间隙，传感部呈悬空状态，传感部为超磁致伸缩材料，传感部的内部设有空腔。
更进一步地，空腔的个数为多个。
更进一步地，空腔非周期排列。
更进一步地，相邻空腔间联通。
更进一步地，磁体为电磁体或永磁体。
更进一步地，超磁致伸缩材料层的材料为铽镝铁超磁致伸缩材料。
更进一步地，传感部为L形。
更进一步地，传感部为之字形。
更进一步地，在空腔内设有流体。
更进一步地，流体为水。
本发明的有益效果：本发明提供了一种低成本高灵敏度超声波探测器，包括：磁体、传感部、第一铁轭、第二铁轭、第三铁轭，磁体的两端面分别连接第一铁轭和第二铁轭，第一铁轭的另一端固定地连接在传感部的一端面上，第一铁轭的长度方向和传感部端面法线方向垂直，传感部的另一端面固定地连接第三铁轭，第三铁轭的长度方向与传感部另一端面的法线方向垂直，第二铁轭的端面和第三铁轭的端面间设有间隙，传感部呈悬空状态，传感部为超磁致伸缩材料，传感部的内部设有空腔。使用时，将传感部置于待测环境中，同时在第一铁轭和第三铁轭间施加压力，传感部在压力作用下，产生逆磁致伸缩效应。具体地，传感部发生形变，超磁致伸缩材料内分子重新排列，导致超磁致伸缩材料的磁导率发生变化，从而导致间隙处的磁场变化。在此基础上，超磁致伸缩材料内的空腔吸收待测超声波，空腔附近的超磁致伸缩材料受迫振动，从而引起空腔附近的超磁致伸缩材料的磁导率更进一步的变化，从而更进一步地改变传感部的磁导率，从而更进一步地改变间隙处的磁场，通过测量间隙处的磁场实现超声波探测。因为超磁致伸缩材料的磁导率对其内部的应力非常敏感，所以本发明能够实现超声波的高灵敏度探测。另外，本发明是在外加压力的基础上，更进一步地从微观层面改变超磁致伸缩材料内部的应力，所以可以通过调节外加压力的大小，调节待测超声波对磁导率的影响，因此，本发明具有超声波探测量程宽的优点。另外，本发明是基于磁学原理的，便于在水下应用。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种低成本高灵敏度超声波探测器的示意图。
图2是又一种低成本高灵敏度超声波探测器的示意图。
图中：1、磁体；2、传感部；3、第一铁轭；4、第二铁轭；5、第三铁轭；6、间隙；7、空腔。
具体实施方式
为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。
实施例1
本发明提供了一种低成本高灵敏度超声波探测器。如图1所示，该低成本高灵敏度超声波探测器包括磁体1、传感部2、第一铁轭3、第二铁轭4、第三铁轭5。磁体1为可以为电磁体，也可以为永磁体，在此不做限制。第一铁轭3、第二铁轭4、第三铁轭5用以导通磁路。磁体1的两端面分别连接第一铁轭3和第二铁轭4，第一铁轭3的另一端固定地连接在传感部2的一端面上，第一铁轭3的长度方向和传感部2端面法线方向垂直，传感部2的另一端面固定地连接第三铁轭5，第三铁轭5的长度方向与传感部2另一端面的法线方向垂直。第二铁轭4的端面和第三铁轭5的端面间设有间隙6。传感部2呈悬空状态，以便于传感部2暴露在待测环境中，更好地吸收待测超声波。传感部2为超磁致伸缩材料，用以产生逆磁致伸缩效应。超磁致伸缩材料为稀土磁致伸缩材料。优选地，超磁致伸缩材料为铽镝铁超磁致伸缩材料。传感部2的内部设有空腔7，用以吸收超声波。
使用时，将传感部2置于待测环境中，同时在第一铁轭3和第三铁轭5间施加压力，传感部2在压力作用下，产生逆磁致伸缩效应。具体地，传感部2发生形变，超磁致伸缩材料内分子重新排列，导致超磁致伸缩材料的磁导率发生变化，从而导致间隙6处的磁场变化。在此基础上，超磁致伸缩材料内的空腔7吸收待测超声波，空腔7附近的超磁致伸缩材料受迫振动，从而引起空腔7附近的超磁致伸缩材料的磁导率更进一步的变化，从而更进一步地改变传感部2的磁导率，从而更进一步地改变间隙6处的磁场，通过测量间隙6处的磁场实现超声波探测。因为超磁致伸缩材料的磁导率对其内部的应力非常敏感，所以本发明能够实现超声波的高灵敏度探测。另外，本发明是在外加压力的基础上，更进一步地从微观层面改变超磁致伸缩材料内部的应力，所以可以通过调节外加压力的大小，调节待测超声波对磁导率的影响，因此，本发明具有超声波探测量程宽的优点。另外，本发明是基于磁学原理的，便于在水下应用。
更进一步地，空腔7的个数为多个，以便于更多地吸收超声波及更多地改变超磁致伸缩材料的磁导率，从而更多地改变间隙6处的磁场，从而提高超声波探测的灵敏度。
更进一步地，空腔7非周期排列，相邻空腔7间联通。这样一来，超声波更容易耦合进入空腔7，限制在空腔7内，从而引起空腔7处超磁致伸缩材料磁导率更多的变化，更多地改变间隙6处的磁场，从而提高超声波探测的灵敏度。
更进一步地，空腔7的尺寸不同，以便于不同波长的超声波耦合进入传感部2，被传感部2吸收，从而引起传感部2磁导率更多的变化，从而提高超声波探测的灵敏度。
实施例2
在实施例1的基础上，如图2所示，传感部2为L形。当在传感部2的两端施加外力时，应力更多地集中在传感部2的折弯处。当传感部2折弯处的空腔7吸收超声波，并改变传感部2折弯处的应力时，超声波对传感部2整体的磁导率改变更多，从而更多地改变间隙6处的磁场，从而提高超声波探测的灵敏度。
更进一步地，传感部2为之字形。因为之字形具有更多的折弯，超声波对之字形传感部2磁导率的影响更大，更多地改变间隙6处的磁场，从而提高超声波探测的灵敏度。
实施例3
在实施例1或2的基础上，在空腔7内设有流体。相比于空气，流体对超声波具有更多的吸收。因此，能够更多地改变传感部2的磁导率，从而更多地改变间隙6处的磁场，从而提高超声波探测的灵敏度。
更进一步地，流体为水，以便于本发明在水中的应用。当传感部2置于水中和空腔7内设置水时，由于阻抗匹配原理，超声波更容易耦合进入空腔7内，引起空腔7处超磁致伸缩材料更多的振动，从而更多地改变超磁致伸缩材料的磁导率，从而更多地改变间隙6处的磁场，从而提高超声波探测的灵敏度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低成本高灵敏度超声波探测器，其特征在于，包括：磁体、传感部、第一铁轭、第二铁轭、第三铁轭，所述磁体的两端面分别连接所述第一铁轭和所述第二铁轭，所述第一铁轭的另一端固定地连接在所述传感部的一端面上，所述第一铁轭的长度方向和所述传感部端面法线方向垂直，所述传感部的另一端面固定地连接所述第三铁轭，所述第三铁轭的长度方向与所述传感部另一端面的法线方向垂直，所述第二铁轭的端面和所述第三铁轭的端面间设有间隙，所述传感部呈悬空状态，所述传感部为超磁致伸缩材料，所述传感部的内部设有空腔。
2.如权利要求1所述的低成本高灵敏度超声波探测器，其特征在于：所述空腔的个数为多个。
3.如权利要求2所述的低成本高灵敏度超声波探测器，其特征在于：所述空腔非周期排列。
4.如权利要求3所述的低成本高灵敏度超声波探测器，其特征在于：相邻所述空腔间联通。
5.如权利要求4所述的低成本高灵敏度超声波探测器，其特征在于：所述磁体为电磁体或永磁体。
6.如权利要求5任一项所述的低成本高灵敏度超声波探测器，其特征在于：所述超磁致伸缩材料的材料为铽镝铁超磁致伸缩材料。
7.如权利要求6所述的低成本高灵敏度超声波探测器，其特征在于：所述传感部为L形。
8.如权利要求6所述的低成本高灵敏度超声波探测器，其特征在于：所述传感部为之字形。
9.如权利要求1-8任一项所述的低成本高灵敏度超声波探测器，其特征在于：在所述空腔内设有流体。
10.如权利要求9所述的低成本高灵敏度超声波探测器，其特征在于：所述流体为水。
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