CN219092638U - 一种声信号发射装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于声学探测领域，具体涉及一种声信号发射装置；该装置包括：金属板、匹配层、电极片、压电复合材料、电极片和背衬层从上到下依次堆叠连接，金属板上设置有第一声发射传感器和第二声发射传感器；本实用新型以压电复合材料为激励材料，利用匹配层增加振动模态，匹配层上方再粘一定形状的金属板，形成多模态耦合的振动结构，最终得到了一个振动频率范围覆盖30kHz～500kHz的超声波发射结构，可以有效解决现有单一超声波发射器难以覆盖该频段的问题。

Description

一种声信号发射装置

技术领域

本实用新型属于声学探测领域，具体涉及一种声信号发射装置。

背景技术

构的弯曲振动，频率范围通常为40kHz～80kHz，压电纵振式复合棒换能器通常为几kHz～100kHz左右，而基于压电陶瓷厚度方向的谐振流量计用超声波传感器频率范围通常为100kHz左右～几MHz，因此，现有产品中难以找到一种能够覆盖40kHz～500kHz频段的声发射结构，迫切需要设计一种新结构，来覆盖该频段，为大型密闭空间的内部超声探测、声发射传感器的测试等应用提供一种可行的方案。

压电复合材料是水声换能器中用于提高带宽的一种常用材料，压电复合材料加匹配层可以得到多个工作频段，再加上金属板的振动耦合，可以得到更多的工作频点以及更宽的工作频带。基于上述思路，亟需一种由压电复合材料、匹配层和金属板组成的可覆盖宽频段范围的声信号发射装置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提出了一种声信号发射装置，该装置包括：金属板1、匹配层7、第一电极片2、压电复合材料3、第二电极片4和背衬层5；金属板1、匹配层7、第一电极片2、压电复合材料3、第二电极片4和背衬层5从上到下依次堆叠连接。

优选的，压电复合材料3包括压电柱部分和填充物部分，压电复合材料3由压电柱部分和填充物部分相互嵌合而成。

进一步的，填充物部分为蜂窝网格柱结构，压电柱部分为与填充物部分相互配合的立柱结构。

优选的，所述压电复合材料3的制作过程包括：

第一步：将压电陶瓷片用粘接剂粘到基板上，将压电陶瓷圆片表面涂覆保护层，对涂覆了保护层的压电陶瓷圆片进行切割，得到压电陶瓷柱组成的阵列；

第二步：压电陶瓷柱组成的阵列进行浇注，在压电陶瓷柱之间形成填充物；

第三步：去除基板，得到中间压电复合材料；对中间压电复合材料进行表面处理，并使用溶剂去除中间压电复合材料表面的保护层，使得压电陶瓷圆片原有的银电极暴露出来；

第四步：使用涂覆导电胶或渡金属电极的方式分别将中间压电复合材料正面和背面的所有银电极并联，形成导电层，得到制作好的压电复合材料。

优选的，匹配层7、第一电极片2、压电复合材料3、第二电极片4和背衬层5的形状均为圆形且面积相同。

优选的，金属板1的面积大于匹配层7、第一电极片2、压电复合材料3、第二电极片4和背衬层5。

本实用新型的有益效果为：本实用新型采用金属板1、第一电极片2、压电复合材料3、第二电极片4和背衬层5依次堆叠连接而成，以1-3型压电复合材料为激励材料，利用匹配层增加振动模态，匹配层上方再粘一定形状的金属板，形成多模态耦合的振动结构，最终得到了一个振动频率范围覆盖30kHz～500kHz的超声波发射结构，可以有效解决现有单一超声波发射器难以覆盖该频段的问题。

附图说明

图1是本实用新型中声信号发射装置结构侧视图；

图2是本实用新型中声信号发射装置结构爆炸图；

图3为本实用新型中压电复合材料制作过程的第一步示意图；

图4为本实用新型中压电复合材料制作过程的第二步示意图；

图5为本实用新型中压电复合材料制作过程的第三步示意图；

图6为本实用新型中压电复合材料制作过程的第四步示意图；

图7为本实用新型中压电复合材料的压电柱部分示意图；

图8为本实用新型中压电复合材料的填充物部分示意图；

图中：1、金属板；2、第一电极片；3、压电复合材料；31、压电陶瓷柱；32、压电陶瓷电极；33、基板；34、填充物；4、第二电极片；5、背衬层；61、第一声发射传感器；62、第二声发射传感器；7、匹配层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出了一种声信号发射装置，如图1、图2所示，所述装置包括：金属板1、匹配层7、第一电极片2、压电复合材料3、第二电极片4和背衬层5；金属板1、匹配层7、第一电极片2、压电复合材料3、第二电极片4和背衬层5从上到下依次堆叠连接。

优选的，第一声发射传感器61和第二声发射传感器62的设置位置上振动幅度相同。

如图7、图8所示，优选的，压电复合材料3包括压电柱部分和填充物部分，压电复合材料3由压电柱部分和填充物部分相互嵌合而成。

进一步的，填充物部分为蜂窝网格柱结构，压电柱部分为与填充物部分相互配合的立柱结构。

优选的，压电复合材料3可由压电陶瓷圆片制作而成，具体实施过程如下：

第一步：如图3所示，将压电陶瓷片用粘接剂粘到基板上33上，将压电陶瓷圆片表面涂覆保护层，然后将对涂覆了保护层的压电陶瓷片切割成压电陶瓷柱31组成的阵列，切割完成后，压电陶瓷柱31上仍保留着压电陶瓷片原有的电极32；

第二步：如图4所示，利用模具对第一步得到的压电陶瓷柱组成的阵列进行浇注，在压电陶瓷柱之间形成填充物34；

第三步：如图5所示，待填充物固化后，将基板去掉，形成了图中所示的中间压电复合材料，对中间压电复合材料进行表面处理，并使用溶剂去除中间压电复合材料表面的保护层，使得压电陶瓷圆片原有的银电极暴露出来；

第四步：如图6所示，使用涂覆导电胶或渡金属电极的方式分别将中间压电复合材料正面和背面的所有银电极并联，形成导电层35和36，得到制作好的压电复合材料。

图3～图6中只标出了一个压电柱上的电极32作为代表，实际上所有压电柱的上表面和下表面均保留了压电陶瓷片原有的电极。

优选的，第一电极片2和第二电极片4，可以是加工好的金属电极，再用导电胶等方式粘到压电复合材料的两侧，也可以是直接用导电胶或镀金属电极等方式在压电复合材料的两侧生成正负电极。

优选的，匹配层7、第一电极片2、压电复合材料3、第二电极片4和背衬层5的形状均为圆形且面积相同。

优选的，金属板1的面积大于匹配层7、第一电极片2、压电复合材料3、第二电极片4和背衬层5。

本实用新型的一种工作方式是作为收发合置的超声探测器，通过压电复合材料的振动，激发结构的整体振动，并对传播介质发射超声波，经过被测物体反射后，再被结构接收，最终在压电复合材料两侧的第一电极片2和第二电极片4上检测到电压信号，此时，该装置可以作为一种穿透一定厚度金属板的超声波发射装置，并且可以通过压电复合材料与金属基板的多种振动模态耦合，形成较宽的工作频段，或者在多个频点工作。

本实用新型的另一种工作方式是作为一个超宽频带的声发射信号模拟装置，此时，金属板上设置有多个声发射传感器，优选的，金属板上设置有两个声发射传感器，分别为第一声发射传感器61和第二声发射传感器62。将装置置于近似自由边界的工作状态下，将声发射传感器61和62用相同的方式固定设置在金属板的上方，固定设置的位置可用结构仿真或激光测振的方式选取振动幅度相等或接近的位置，以便提高测试精度。

以上方案中所表述的如“上”、“下”等方位术语，仅为便于叙述的明了，而并非用以限定本实用新型在实施时的绝对方位，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所举实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种声信号发射装置，其特征在于，包括：金属板(1)、匹配层(7)、第一电极片(2)、压电复合材料(3)、第二电极片(4)和背衬层(5)；金属板(1)、匹配层(7)、第一电极片(2)、压电复合材料(3)、第二电极片(4)和背衬层(5)从上到下依次堆叠连接。

2.根据权利要求1所述的一种声信号发射装置，其特征在于，压电复合材料(3)包括压电柱部分和填充物部分，压电复合材料(3)由压电柱部分和填充物部分相互嵌合而成。

3.根据权利要求2所述的一种声信号发射装置，其特征在于，填充物部分为蜂窝网格柱结构，压电柱部分为与填充物部分相互配合的立柱结构。

4.根据权利要求1所述的一种声信号发射装置，其特征在于，匹配层(7)、第一电极片(2)、压电复合材料(3)、第二电极片(4)和背衬层(5)的形状均为圆形且面积相同。

5.根据权利要求1所述的一种声信号发射装置，其特征在于，金属板(1)的面积大于匹配层(7)、第一电极片(2)、压电复合材料(3)、第二电极片(4)和背衬层(5)。

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