一种气介超声换能器

技术领域

本发明属于气体流速监测技术领域，具体是一种气介超声换能器。

背景技术

超声换能器一般有以下几种：静电式超声换能器、压电式超声换能器、压电复合超声换能器、叠片式弯曲振动压电超声换能器、叠片式弯曲振动压电超声换能器。

静电式超声换能器：微机械MEMS换能器也属于静电式换能器。结构类似于平行板电容器，一般由一片张紧的金属薄膜和固定的背电极组成。由于金属薄膜很轻，这种结构换能器的辐射阻抗较小，发射效率高。

压电式超声换能器：利用材料的压电效应和逆压电效应制成的超声换能器。使用的振子材料主要是PZT陶瓷或者在此基础上的复合材料以及高分子压电薄膜等。

压电复合超声换能器：利用两种或多种材料复合而成的压电材料作为压电振子的换能器，一般由压电陶瓷和高分子聚合物组成。

叠片式弯曲振动压电超声换能器：采用多层结构，依靠换能器整体上的弯曲振动来辐射声波，工作频率较低，一般低于70kHz。

叠片式弯曲振动压电超声换能器：使用压电圆管的径向振动来辐射声波，大大增加了声波的发射面积。但发射声场为周向，为将其声场转变为轴向，需要采用斜边与轴线成45°角的伞状返声罩与圆管同轴安装。

气介超声换能器的应用较少，传统的气介超声换能器具有灵敏度低发射效率较低的问题，恶劣工况下使用效果不佳。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术，提供一种气介超声换能器，解决现有气介超声换能器灵敏度低，发射效率低的问题。

本发明的技术方案为：提供一种气介超声换能器，包括一体化壳体，所述一体化壳体内设有加热丝、金属管、接地线、正极导线、负极导线，所述接地线与所述金属管连接，所述金属管内穿设所述正极导线、负极导线、加热丝，所述一体化壳体上部设有背衬及压电陶瓷管，所述压电陶瓷管与所述背衬连接，所述压电陶瓷管上设有第一焊点和第二焊点，所述第一焊点焊接所述正极导线，所述第二焊点焊接所述负极导线，所述正极导线、负极导线连接超声波驱动电源。

优选地，所述加热丝包括第一加热丝和第二加热丝，所述第一加热丝和所述第二加热丝螺旋缠绕在所述正极导线和负极导线。

优选地，所述第一加热丝和第二加热丝的螺旋方向相反，螺旋间距相同。

优选地，所述背衬表面涂胶，用于吸收余振。

优选地，所述第一焊点和所述第二焊点分别设置在所述压电陶瓷管的内壁和外壁上。

优选地，所述一体化壳体外部设有防水膜。

本发明的有益效果：

1、激励振子采用压电陶瓷材料，并且设计成管状结构，压电陶瓷管与涂有软胶的背衬连接，能够有效吸收激励振子余振，保证了超声换能器的高灵敏度和较高的发射效率。

2、金属管上接接地线，金属管内设有加热丝，保证了超声换能器在严寒恶劣工况下能够正常使用，避免严寒天气结露。

3、一体化壳体外部设置防水膜，避免壳体内部进水，对换能器造成损坏，延长了超声换能器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明一种气介超声换能器的整体结构示意图；

图2为本发明一种气介超声换能器一体化壳体内部结构示意图。

图中标号：1、一体化壳体；2、背衬；3、正极导线；4、负极导线；5、接地线；6、第一加热丝；7、第二加热丝；8、压电陶瓷管；9、第一焊点；10、第二焊点；11、金属管；12、超声波驱动电源。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于实施例。

请参阅图1和图2所示，本发明提供了一种气介超声换能器，包括一体化壳体1，所述一体化壳体1内设有加热丝、金属管11、接地线5、正极导线3、负极导线4，所述接地线5与所述金属管连接，所述金属管11内穿设所述正极导线3、负极导线4、加热丝，所述一体化壳体1上部设有背衬2及压电陶瓷管8，所述压电陶瓷管8与所述背衬2连接，所述压电陶瓷管8上设有第一焊点9和第二焊点10，所述第一焊点9焊接所述正极导线3，所述第二焊点10焊接所述负极导线4，所述正极导线3、负极导线4连接超声波驱动电源12。

所述加热丝包括第一加热丝6和第二加热丝7，所述第一加热丝6和所述第二加热丝7螺旋缠绕在所述正极导线3和负极导线4。

所述第一加热丝6和第二加热丝7的螺旋方向相反，螺旋间距相同，确保了加热程度均匀，加热充分。

所述背衬2表面涂胶，用于吸收压电陶瓷管产生的余振。

所述第一焊点9和所述第二焊点10分别设置在所述压电陶瓷管8的内壁和外壁上。

所述一体化壳体1外部设有防水膜，避免壳体内部进水，影响使用效果。

本发明的工作原理：超声换能器在电压信号作用下，压电陶瓷材料产生机械变形，从而使得壳体产生弯曲振动，向外辐射一定频率的超声波。本发明的激励振子采用压电陶瓷材料，并且设计成管状结构，压电陶瓷管8与涂有软胶的背衬2连接，能够有效吸收激励振子余振，保证了超声换能器的高灵敏度和较高的发射效率。

金属管上接接地线，金属管内设有加热丝，加热丝包括第一加热丝6和第二加热丝7，第一加热丝6和第二加热丝7的螺旋方向相反，螺旋间距相同，加热范围均匀，保证了超声换能器在严寒恶劣工况下能够正常使用。

一体化壳体外部设置防水膜，避免壳体内部进水，对换能器造成损坏，延长了超声换能器的使用寿命。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。