CN220271553U - 一种可靠度高的声纳换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及盐穴储气库腔体形状测量等地下洞穴几何参数测量技术领域，尤其涉及一种可靠度高的声纳换能器，包括壳体，所述壳体呈水平设置的饼状结构，所述壳体的上端面上开设有圆饼状的安装腔，所述安装腔由下至上依次平行安装有背衬层、第一匹配层、压电元件以及第二匹配层，所述第二匹配层的上表面覆盖有透镜层，所述背衬层内设有用于驱动压电元件的驱动电路板，所述驱动电路板与压电元件通过连接导线连接，所述驱动电路板的供电导线以及控制信号线穿过壳体的底部后伸出安装腔。本实用新型提升换能器整体的声匹配特性，降低超声波震动的衰减，提升换能器的灵敏度与检测精度，拓宽换能器的适用场景，提高换能器的有效检测范围。

Description

一种可靠度高的声纳换能器

技术领域

本实用新型涉及盐穴储气库腔体形状测量等地下洞穴几何参数测量技术领域，尤其涉及一种可靠度高的声纳换能器。

背景技术

盐穴地下储气库作为一种天然气的大容量储存方式，在削峰填谷与天然气的区域配置方面具有巨大作用。但是，与西方国家的盐丘地质相比，我国的含盐岩地层大都表现为盐岩-夹层的互层结构，这种情况的存在，使得造腔过程中更容易发展出畸形腔体，这对于腔体的稳定性是不利的。所以，在造腔过程中，结合一定的测腔手段获得腔体的形状是十分必要的。声纳法测腔是目前最主要的一种测腔方法。使用时，将声纳仪器下入充满卤水的腔内，仪器根据发射-反射的声波信号即可得到仪器位置与腔壁间的距离。

专利号为201610618968-，专利名称为《基于压电效应的声阻抗匹配装置及方法》公开了一种基于压电效应的声阻抗匹配装置及方法，所述装置包括背衬层、压电换能器和匹配层，其中，所述匹配层采用压电陶瓷匹配层结构，所述匹配层的两个电极面之间连接有一个数值可改变的电阻抗，所述压电陶瓷匹配层结构为厚度极化的压电陶瓷圆盘，在所述压电陶瓷圆盘的两端面镀有金属银层；改现有技术中匹配层使用压电陶瓷类材料，利用压电效应，来实现超声波换能器任何负载阻抗的理想匹配。但是，由于盐穴内部的环境较为复杂，其内部至少包含气体环境和卤水环境这两种测量环境，普通的声纳换能器由于其声匹配特性较差，导致其在复杂环境下的检测精度较低，难以达到盐穴储气库探测时的精度要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可靠度高的声纳换能器，能在包含气体环境和卤水环境这两种测量环境中进行测量，以实现较强的匹配特性。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种可靠度高的声纳换能器，包括壳体，所述壳体呈水平设置的饼状结构，所述壳体的上端面上开设有圆饼状的安装腔，所述安装腔由下至上依次平行安装有背衬层、第一匹配层、压电元件以及第二匹配层，所述第二匹配层的上表面覆盖有透镜层，所述背衬层内设有用于驱动所述压电元件的驱动电路板，所述驱动电路板与所述压电元件通过连接导线连接，所述驱动电路板的供电导线以及控制信号线穿过所述壳体的底部后伸出所述安装腔。

本实用新型的有益效果是：通过第一匹配层和第二匹配层将压电元件进行包裹，从而提升换能器整体的声匹配特性，使得压电元件受到激励产生的超声波震动能够传递至外界，减少传播过程中产生的能量损耗，从而降低超声波震动的衰减，提升换能器的灵敏度与检测精度；将驱动电路板设在背衬层内，一方面可节约换能器本身的空间，另一方面也可对驱动电路板起到防水的作用，从而使得换能器能够应用在潮湿环境或者水下环境中，从而拓宽换能器的适用场景；通过设置透镜层，可将超声波聚焦，从而增强超声波在某一特定方向上的发射强度，从而进一步降低超声波的衰减，提高换能器的有效检测范围。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述壳体的底端上固定设有安装座。

采用上述进一步方案的有益效果是：安装座的设置便于将整个换能器安装在探测设备主体上，从而提高安装的便利性。

进一步，所述安装座的外侧壁上设有连接螺纹。

采用上述进一步方案的有益效果是：在安装座的外侧壁上设置连接螺纹，使换能器能够以螺纹连接的方式安装在探测设备主体上，从而提高换能器安装的便利性。

进一步，所述安装座呈圆筒状结构，所述壳体的底端面上设有连通所述安装腔的过线孔，所述过线孔设在所述安装座的内侧，所述驱动电路板的供电导线以及控制信号线从所述过线孔伸出。

采用上述进一步方案的有益效果是：安装座采用圆筒状结构，为线路提供过线的空间，避免线路暴露在设备外的环境中，从而为供电导线以及控制信号线提供保护。

进一步，所述壳体的上表面上设有抵压所述透镜层的外周边用于将所述透镜层压覆在所述第二匹配层上的限位环，所述限位环与所述壳体的顶部可拆卸固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：限位环的设置可对透镜层进行固定和限位。

进一步，所述透镜层的下表面为平面、上表面为球面，所述透镜层的下表面贴合抵接所述第二匹配层，所述限位环抵接所述透镜层的一面为与所述透镜层的上表面相匹配的弧形曲面。

采用上述进一步方案的有益效果是：限位环抵接透镜层的一面采用弧形曲面，便于对透镜层进行压覆，避免对透镜层造成损坏。

进一步，所述限位环与所述透镜层之间设有柔性垫圈。

采用上述进一步方案的有益效果是：柔性垫圈的设置进一步能避免限位环对透镜层的损坏，确保透镜层固定的稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的剖视图；

图3为本实用新型图2中的A处的放大图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、壳体；11、安装座；12、限位环；121、柔性垫圈；2、背衬层；3、压电元件；4、第一匹配层；5、第二匹配层；6、透镜层；7、驱动电路板；8、过线孔。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1、图2所示，本实用新型的实施例包括壳体1，壳体1为呈饼状结构，壳体1一端面开设有圆饼状的安装腔，安装腔的轴线与壳体1的轴线重合，安装腔内从底部至顶部依次设置有背衬层2、第一匹配层4、压电元件3以及第二匹配层5，第二匹配层5上还盖设有透镜层6。

在本实用新型的实施例中，所述背衬层2的材料可采用为高密度聚氨醋泡沫，第一匹配层4和所述第二匹配层5的材料可采用高分子聚合物，包括环氧树脂或/和聚氨酯，具体的，背衬层2、第一匹配层4和所述第二匹配层5的材料为本领域的常规技术，背衬层2设置于壳体1底部并与壳体1固定连接，第一匹配层4灌注在背衬层2表面，背衬层2与第一匹配层4固定连接；压电元件3铺设在第一匹配层4上并与第一匹配层4固定连接，第二匹配层5灌注在第一匹配层4与压电元件3上并与第一匹配层4固定连接。

采用上述方案，通过第一匹配层4和第二匹配层5将压电元件3进行包裹，从而提升换能器整体的声匹配特性，使得压电元件3受到激励产生的超声波震动能够传递至外界，减少传播过程中产生的能量损耗，从而降低超声波震动的衰减，提升换能器的灵敏度与检测精度。

背衬层2内设置有用于驱动压电元件3的驱动电路板7，驱动电路板7与压电元件3之间通过连接导线相连接，且驱动电路板7与压电元件3之间的连接导线贯穿背衬层2与第一匹配层4，并与压电元件3、驱动电路板7相连接。

在灌注背衬层2材料时，将驱动电路板7灌注在背衬层2内，一方面可节约换能器本身的空间，另一方面也可对驱动电路板7起到防水的作用，从而使得换能器能够应用在潮湿环境或者水下环境中，从而拓宽换能器的适用场景。

壳体1的底面固定连接有安装座11，安装座11呈圆筒状结构，且安装座11的轴线与壳体1的轴线重合，壳体1的底部开设有过线孔8，安装座11通过过线孔8与壳体1的圆饼状安装腔相连通驱动电路板7的供电导线以及控制信号线通过安装座11与外部电路相连接。

在灌注背衬层2时，可先将驱动电路板7的供电导线以及控制信号线从过线孔8穿出，再利用橡胶塞或其他具有封堵功能的弹性器件对过线孔8洞进行临时封堵，随后将驱动电路板7略微悬空，再向壳体1内灌注背衬层2液体材料，此时橡胶塞可避免背衬层2材料从过线孔8处流出。通过设置安装座11，一方面可为安装该换能器提供连接处，从而提高安装的便利性，另一方面，还可为供电导线以及控制信号线提供过线的空间，避免线路暴露在设备外的环境中，从而为供电导线以及控制信号线提供保护；通过开设在安装座11外侧的连接螺纹，使换能器能够以螺纹连接的方式安装在探测设备主体上，从而提高换能器安装的便利性。

透镜层6呈凸透镜状，声透镜的一面为平面，另一面为一部分球面，透镜层6的平面与第二匹配层5固定连接，透镜层6球面与壳体1相连接。壳体1与透镜层6球面相连接的部分设置有限位环12，限位环12与壳体1之间通过螺栓相连接，如图3所示，限位环12与透镜层6球面相接触部分为弧形曲面，且弧形曲面的曲率半径与透镜层6球面的曲率半径相同，限位环12与透镜层6之间还设置有环状的柔性垫圈121，柔性垫圈121与限位环12、透镜层6抵接。

通过设置透镜层，可将超声波聚焦，从而增强超声波在某一特定方向上的发射强度，从而进一步降低超声波的衰减，提高换能器的有效检测范围。通过设置限位环12可对透镜层6进行固定，在灌注的第二匹配层5完成凝固后，向壳体1内灌注少量第二匹配层5的液态材料，再将透镜层6放置在其上方，并通过挤压排出液态的第二匹配层5材料与透镜层6之间的气泡，随后安装限位环12对透镜层6进行固定，液态的第二匹配层5材料凝固后，即完成透镜层6的安装，限位环12的设置可实现对透镜层6的固定与限位，从而使透镜层6与第二匹配层5能够贴合的更加紧密，从而降低超声波在穿过分界面时的衰减。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“内”、“外”、“周侧”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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，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 (7)

1.一种可靠度高的声纳换能器，其特征在于，包括壳体(1)，所述壳体(1)呈水平设置的饼状结构，所述壳体(1)的上端面上开设有圆饼状的安装腔，所述安装腔由下至上依次平行安装有背衬层(2)、第一匹配层(4)、压电元件(3)以及第二匹配层(5)，所述第二匹配层(5)的上表面覆盖有透镜层(6)，所述背衬层(2)内设有用于驱动所述压电元件(3)的驱动电路板(7)，所述驱动电路板(7)与所述压电元件(3)通过连接导线连接，所述驱动电路板(7)的供电导线以及控制信号线穿过所述壳体(1)的底部后伸出所述安装腔。

2.根据权利要求1所述的一种可靠度高的声纳换能器，其特征在于，所述壳体(1)的底端上固定设有安装座(11)。

3.根据权利要求2所述的一种可靠度高的声纳换能器，其特征在于，所述安装座(11)的外侧壁上设有连接螺纹。

4.根据权利要求2所述的一种可靠度高的声纳换能器，其特征在于，所述安装座(11)呈圆筒状结构，所述壳体(1)的底端面上设有连通所述安装腔的过线孔(8)，所述过线孔(8)设在所述安装座(11)的内侧，所述驱动电路板(7)的供电导线以及控制信号线从所述过线孔(8)伸出。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种可靠度高的声纳换能器，其特征在于，所述壳体(1)的上表面上设有抵压所述透镜层(6)的外周边用于将所述透镜层(6)压覆在所述第二匹配层(5)上的限位环(12)，所述限位环(12)与所述壳体(1)的顶部可拆卸固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种可靠度高的声纳换能器，其特征在于，所述透镜层(6)的下表面为平面、上表面为球面，所述透镜层(6)的下表面贴合抵接所述第二匹配层(5)，所述限位环(12)抵接所述透镜层(6)的一面为与所述透镜层(6)的上表面相匹配的弧形曲面。

7.根据权利要求5所述的一种可靠度高的声纳换能器，其特征在于，所述限位环(12)与所述透镜层(6)之间设有柔性垫圈(121)。