一种减少径向余震的超声探头阻尼胶配比与组装工艺

技术领域

本发明涉及超声波探头技术领域，具体涉及一种反射式超声波探头组装工艺，更具体涉及到探头换能片径向余震阻尼胶的配比、阻尼结构层级及阻尼结构制作。

背景技术

随着数字化与智能化的发展，工业上对于超声波传感器的需求面在持续扩大，使用量持续攀升。超声波探头主要应用领域是智能水表、气表或者液体浓度和液体流量方面的在线检测。目前通常的技术路线是采取一个探头发射超声波，一个探头接收超声波，然后根据超声波的飞行时间来计算水或者气体流量或者浓度。然而在项目实施过程中，往往因为用户对于成本的考量或者因为安装空间的局限，需要针对超声波探测装置减量或者压缩安装空间，这就需要用到单探头探测技术。

单探头技术，是在同一个探头上激发超声波，然后在超声波的发射路径上安装反射片，超声波经过反射后又回到了超声波探头的换能片上，形成二次激励，电子电路对于发射超声波以及接收到超声波进行计时。虽然单探头有成本以及装配空间优势，但是同样存在自己的短板。因为是反射波，在相同的换能片情况下，单探头接收的能量显然比双探头小，此其一；因为同一个换能片，在反射波返回到换能片时，换能片往往还存在余震，形成不必要的干扰，此其二。需要特别说明的是，这个余震对于电子电路在信号的处理以及干扰信号的排除方面，带来极大的困难。特别是在测量某些液体的浓度时，因为超声波探头在远远高于室温的情形下，存在很大的信号衰减，如果无法排除超声探头的余震，往往引起对于测量结果的不确定性，对于较高要求的精度测量来说，是无法实现的。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于通过减少超声探头径向余震，遏制基础噪声从而提高单探头超声传感探头的灵敏度，满足高精度的探测要求。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种减少径向余震的超声探头阻尼胶配比与组装工艺，包括超声探头外壳、超声探头换能片、耦合胶层、过渡阻尼胶层、主体阻尼胶层。

所述超声探头外壳为杯状结构，由圆形底部以及柱状侧壁组成。

所述耦合胶层为环氧树脂高分子材料，经过干燥后在超声探头外壳底部形成的薄膜片。

优先的，耦合胶层薄膜片的厚度小于0.10mm。

优选的，超声探头外壳材料选用不锈钢的情况下，圆形底部肉厚小于0.1mm；超声探头外壳材料选用工程塑料材料的情况下，圆形底部肉厚小于0.5mm。

超声探头外壳圆形底部内表面与超声探头换能片通过耦合胶层而胶合在一起。特别地，在粘合外壳与换能片的过程中要避免在其两个接触面上包裹进了空气，形成了耦合胶层的上下表面上有因为空气造成的缺失花点。

优选的，超声探头外壳的内表面光洁度达到镜面要求，Ra=0.05。

优先的，超声探头外壳的内表面经过了特殊的表面镀层处理，使得其表面产生亲水性特性。

所述超声探头换能片是圆片几何结构，其底部表面经过耦合胶层与超声探头外壳粘结成一体，上部表面焊接两根电极，侧边表面与过渡阻尼胶层胶结，而过渡阻尼胶层又通过主体阻尼胶层与超声探头外壳侧壁内表面胶结。

优选的，换能片底面是经过镀层处理的，表面光洁度与超声探头外壳内表面光洁度一致，Ra=0.05μm。

所述过渡阻尼胶层为圆环状薄膜结构，是在超声探头换能片外侧涂覆快干型的环氧树脂高分子材料而形成。

优选的，过渡阻尼胶层是一薄膜，薄膜肉厚在0.10mm至0.30mm。

优选的，过渡阻尼胶层薄膜内部混合有金属钨粉颗粒，环氧树脂高分子材料与钨粉颗粒的重量配比为1:0.2~0.4。

所述主体阻尼胶层为圆环状薄膜结构，是在过渡阻尼胶层外侧以及超声探头外壳侧壁内表面间填充的环氧树脂高分子材料干燥而成。

优选的，主体阻尼胶层是一薄膜，薄膜肉厚在0.60mm至1.20mm。

优选的，主体阻尼胶层薄膜内部混合有金属钨粉颗粒，环氧树脂高分子材料与钨粉颗粒的重量配比为1:0.5~0.7。

优选的，主体阻尼胶层薄膜是由弹性环氧树脂电子灌封胶干燥后形成，具有弹性。

附图说明：

图1：超声探头结构图

1：超声探头换能片2：超声探头外壳3：耦合胶层4：过渡阻尼胶层5：主体阻尼胶层a：钨粉颗粒

实施方式：

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术实施方案。

如图1所示， 超声探头外壳2为杯状，可以通过金属拉伸模具成型实现，也可以通过机加工方式实现，还可以是工程塑料通过注塑方式实现。超声探头换能片1是圆片状，其上下表面有金属镀层，通常在同一个平面设计两个电极，便于组装。超声探头的下表面与超声探头外壳的底部内表面光洁度接近且为镜面，是为了实现在两个表面间粘结耦合胶层3时，能够尽量多地赶出空气。超声探头外壳的底部内表面的光洁度，如果材料是工程塑料，可以在注塑过程中实现，即是将模具的工艺零件的相关面抛光成镜面。

在超声探头换能片被粘结到超声探头外壳2并完全干透后，即可以在超声探头换能片1圆柱侧面涂覆已经配比好的过渡阻尼胶，快干环氧树脂胶与金属钨粉的重量比按照1:0.2~0.4的比例称重混合，在搅拌与充分混合后，视需要涂覆的肉厚度，采用胶刮多次涂覆、刮平直至达到需要的肉厚。过渡阻尼胶层4在一段时间后会干透变硬，然后开始填充主体阻尼胶层5。

主体阻尼胶层5的基材是支链为长碳链的弹性环氧树脂高分子材料，基材中被投入金属钨粉，二者通过称重，配为1:0.5~0.7的重量比，在搅拌均匀后即可通过针筒注射或者类似工具填充进入圆环柱形的沟槽内。圆环柱形沟槽是过渡阻尼胶层4与超声探头外壳2侧壁共同形成的。