CN109013257A - 一种超声波换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波换能器，其匹配层的下面连接有陶瓷层，陶瓷层的下面连接有吸音层，吸音层的下方设置有PCB板；匹配层和PCB板的边缘均与支撑骨架的内壁的上端和下端连接；匹配层、PCB板和支撑骨架均套设在橡胶套内，PCB板通过两处密封胶层与橡胶套连接；陶瓷层与一处密封胶层之间、及吸音层与另一处密封胶层之间均连接有位于橡胶套内部的内部引线，两处密封胶层分别与一个伸出到橡胶套外部的外部引线的端部连接；橡胶套的外部包裹有吸音海绵层，其能够有效解决余震问题，扩展反射式测距的范围；且使得内外气压平衡，增加换能器部件寿命；且避免风压对性能指标的影响，提高超声波换能器的测风范围和产品的良率。
Description
技术领域
本发明涉及超声波技术领域，具体涉及一种超声波换能器。
背景技术
目前，超声波换能器广泛应用于各种行业，如船舶上面的声呐设备，医疗上面的B超设备，各种流量计，风速测量设备，汽车上面的倒车雷达等。
现有技术中用于空间测距和风速测量中的换能器，多存在余震较长的问题，这样在利用回波方式测量距离时，就会因为余震而导致测量距离必须大于一个门限值，否则回波会因为余震而无法识别，具体表现为如下四点问题：(1)超声波换能器被激励后，其内部储存的能量很久都耗散不掉，导致短时间内不能用该换能器接收超声波。(2)超声波换能器被激励后，其部分机械能耦合到转载换能器的壳体中，从而导致余震维持很久，这个余震与问题(1)有着本质区别，问题(1)的机械能是在换能器这个部件内部，一时耗散不掉，问题(2)是机械能转移到安装换能器的设备上面；利用前面的测试平台很容易区分这种区别，属于问题(1)的哪怕是把换能器悬空，其余震依然可以测试到，属于问题(2)的，一般悬空没有余震，一旦安装到设备中，就可以测到余震。(3)超声波换能器的性能在风压下发生改变，在利用超声波换能器测量风速风向时，其基本思想就是测量超声波的度越时间，根据前向和反向的度越时间计算分量风速，再有分量风速计算风速和风向，其核心是测量度越时间，测量度越时间的核心是确定该在何时停止接收，接收到的波形是一串波，波的幅度先是逐个变大，然后再逐个变小，可以发现在包罗的上升沿，后一个波的幅度除以前一个波的幅度，可以得到一串比值，将这一串值作为特征字先存下来，设备工作时，接收端每收到一个波包，就做一次幅度除法，并把该值进行移位缓存，当存储的这组值与事先存储的特征字近似相等时，就停止接收，把该时刻与发射时刻的差作为度越时间，可以发现一些换能器在大风时，其幅度比值会发生改变，从而导致无法正常识别接收信号。(4)超声波换能器胶套起泡问题，即使是防水型换能器，其前面和圆柱部分设置有完整胶套，其后面为打胶密封结构，其内部设置有一个空腔，但是在夏季阳光直射情况下，内部温度会很高，这就导致内部的气压增加，则使得胶套较薄的前面经常鼓起一个包，从而导致超声波发射效率变差，且导致测量方向有偏差。参见图1和图2，其中图1所示为余震较为严重的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波换能器，以有效解决余震问题，扩展反射式测距的范围；且使得内外气压平衡，增加换能器部件寿命；且避免风压对性能指标的影响，提高超声波换能器的测风范围和产品的良率。
为实现上述目的，本发明提供一种超声波换能器，所述超声波换能器包括匹配层，匹配层的下面连接有陶瓷层，陶瓷层的下面连接有吸音层，吸音层的下方设置有PCB板；匹配层和PCB板的边缘均与支撑骨架的内壁的上端和下端连接；匹配层、PCB板和支撑骨架均套设在橡胶套内，PCB板通过两处密封胶层与橡胶套连接；陶瓷层与一处密封胶层之间、及吸音层与另一处密封胶层之间均连接有位于橡胶套内部的内部引线，两处密封胶层分别与一个伸出到橡胶套外部的外部引线的端部连接；橡胶套的外部包裹有吸音海绵层。
本发明的超声波换能器，其橡胶套的外部包裹有吸音海绵层，以解决所述换能器内部余震问题，并能够解决所述换能器的机械能对壳体的传导问题。
在以上方案中优选的是，橡胶套上设置有气孔。
还可以优选的是，PCB板上设置有气孔。
还可以优选的是，PCB板上设置有防水布层。
还可以优选的是，吸音层与防水布层之间设置有空隙层。
还可以优选的是，支撑骨架及橡胶套内的空隙处均填充有海绵填充层。
还可以优选的是，所述海绵填充层均通过胶层与支撑骨架或橡胶套连接。
还可以优选的是，吸音层为海绵层。
还可以优选的是，支撑骨架为管状。
还可以优选的是，支撑骨架为圆管状。
本发明具有如下优点：
本发明的超声波换能器，能够有效解决余震问题，扩展反射式测距的范围；且使得内外气压平衡，增加换能器部件寿命；且避免风压对性能指标的影响，提高超声波换能器的测风范围和产品的良率。
附图说明
图1所示为现有技术的超声波换能器的余震较为严重的情况。
图2为本发明的超声波换能器的一个实施例的结构示意图。
图3所示为本发明的超声波换能器的余震满足产品需求的情况。
图4为本发明的超声波换能器的另一个实施例的结构示意图。
图5为本发明的超声波换能器的再一个实施例的结构示意图。
图中，1为匹配层，2为陶瓷层，3为吸音层，4为PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)，5为支撑骨架，6为橡胶套，7为密封胶层，8为内部引线，9为外部引线，10为吸音海绵层，11为气孔，12为防水布层。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种超声波换能器，参见图2，所述超声波换能器包括匹配层1，匹配层1的下面连接有陶瓷层2，陶瓷层2的下面连接有吸音层3，吸音层3的下方设置有PCB板4；匹配层1和PCB板4的边缘均与支撑骨架5的内壁的上端和下端连接；匹配层1、PCB板4和支撑骨架5均套设在橡胶套6内，PCB板4通过两处密封胶层7与橡胶套6连接；陶瓷层2与一处密封胶层7之间、及吸音层3与另一处密封胶层7之间均连接有位于橡胶套6内部的内部引线8，两处密封胶层7分别与一个伸出到橡胶套6外部的外部引线9的端部连接；橡胶套6的外部包裹有吸音海绵层10。
本发明的超声波换能器，其橡胶套6的外部包裹有吸音海绵层10，参见图3，其能够解决所述换能器内部余震问题，并能够解决所述换能器的机械能对壳体的传导问题；其能够扩展反射式测距的范围；且使得内外气压平衡，增加换能器部件寿命；且避免风压对性能指标的影响，提高超声波换能器的测风范围和产品的良率。需要说明的是，匹配层1即声窗，用以解决声音从陶瓷到空气的耦合问题，其具体可以为环氧树脂层。匹配层1与陶瓷层2可以通过胶层连接。陶瓷层2与吸音层3通过胶层连接。匹配层1和PCB板4的边缘均与支撑骨架5的内壁的上端和下端可以通过胶层连接。
实施例2
一种超声波换能器，与实施例1相似，所不同的是，参见图4，橡胶套6上设置有气孔11。这样，能够平衡所述换能器内部和所述换能器外部的气压，解决橡胶套6起泡问题，避免超声波发射效率变差，且避免测量方向有偏差。
在另一种具体实施例中，PCB板4上设置有气孔11。这样，能够提高所述换能器内部和所述换能器外部气压的平衡效果。
实施例3
一种超声波换能器，与实施例1相似，所不同的是，参见图5，PCB板4上设置有防水布层12。这样，能够有效解决水汽进入所述换能器内部的问题，避免所述换能器内部有水。防水布层12与PCB板4可以通过胶层连接。
在另一种具体实施例中，吸音层3与防水布层12之间设置有空隙层。这样，所述换能器内部的陶瓷层2悬空放置，陶瓷层2仅一个面，即上表面与匹配层1连接，这样可以减少风压对陶瓷层2的影响，从而解决了超声波换能器的性能在风压下发生改变的问题。
在另一种具体实施例中，支撑骨架5及橡胶套6内的空隙处均填充有海绵填充层。这样，在防止余震问题上，单纯的吸音海绵层10的包裹结构可以解决机械能到外壳体的传导问题，但是为了更好地解决换能器自身的余震问题，可以将支撑骨架5及橡胶套6内的空隙处均填充有海绵填充层，这样能够更好地解决所述换能器内部余震问题，并能够解决所述换能器的机械能对壳体的传导问题；而当支撑骨架5及橡胶套6内的空隙处均填充有海绵填充层后，则解决了陶瓷层2受应力的反应问题，所述换能器内部填实后，则减小风压和温度的变化对内部应力发生变化对影响。
在另一种具体实施例中，所述海绵填充层均通过胶层与支撑骨架5或橡胶套6连接。
在另一种具体实施例中，吸音层3为海绵层。
在另一种具体实施例中，支撑骨架5为管状。
在另一种具体实施例中，支撑骨架5为圆管状。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种超声波换能器，所述超声波换能器包括匹配层(1)，匹配层(1)的下面连接有陶瓷层(2)，陶瓷层(2)的下面连接有吸音层(3)，其特征在于，吸音层(3)的下方设置有PCB板(4)；匹配层(1)和PCB板(4)的边缘均与支撑骨架(5)的内壁的上端和下端连接；匹配层(1)、PCB板(4)和支撑骨架(5)均套设在橡胶套(6)内，PCB板(4)通过两处密封胶层(7)与橡胶套(6)连接；陶瓷层(2)与一处密封胶层(7)之间、及吸音层(3)与另一处密封胶层(7)之间均连接有位于橡胶套(6)内部的内部引线(8)，两处密封胶层(7)分别与一个伸出到橡胶套(6)外部的外部引线(9)的端部连接；橡胶套(6)的外部包裹有吸音海绵层(10)。
2.如权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，橡胶套(6)上设置有气孔(11)。
3.如权利要求2所述的超声波换能器，其特征在于，PCB板(4)上设置有气孔(11)。
4.如权利要求3所述的超声波换能器，其特征在于，PCB板(4)上设置有防水布层(12)。
5.如权利要求4所述的超声波换能器，其特征在于，吸音层(3)与防水布层(12)之间设置有空隙层。
6.如权利要求5所述的超声波换能器，其特征在于，支撑骨架(5)及橡胶套(6)内的空隙处均填充有海绵填充层。
7.如权利要求6所述的超声波换能器，其特征在于，所述海绵填充层均通过胶层与支撑骨架(5)或橡胶套(6)连接。
8.如权利要求7所述的超声波换能器，其特征在于，吸音层(3)为海绵层。
9.如权利要求1所述的超声波换能器，其特征在于，支撑骨架(5)为管状。
10.如权利要求9所述的超声波换能器，其特征在于，支撑骨架(5)为圆管状。
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