CN215932137U - 一种超声波传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波传感器，包括匹配层组件、压电陶瓷片、PCB转接板、密封层；压电陶瓷片与PCB转接板通过内接导线电性连接，PCB转接板还与外接导线电连接；压电陶瓷片安装在匹配层组件内，压电陶瓷片的负极以及内接导线置于平底槽内；匹配层组件的头部为圆台结构，匹配层组件的内部形成阶梯槽，在阶梯槽的底部设置有平底槽；本实用新型通过匹配层组件的独特结构设计，使得本申请兼顾超声波的信号发射及接收，避免出现较为严重的接收信号衰减，适用于流量测量；通过匹配层组件、压电陶瓷片、阻尼层、PCB转接板、吸音层、密封层的组合设置，使得本申请的结构更加稳固，使得信号检测准确。

Description

一种超声波传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种超声波传感器。

背景技术

超声波传感器由声学匹配、背衬和压电材料三个主要部件组成。其中声学匹配层的作用是：由于超声波在两种媒质中传播，声阻抗失配而造成超声波传播困难的情况经常发生。两种媒质的声阻抗的显著差异不仅会降低界面投射系数，而且使压电元件以高Q值谐振，频带窄而脉冲长，从而严重影响探头的发射接收灵敏度和轴向分辨力以及信息的丰富程度。声学匹配实现声阻抗过渡或匹配。

背衬则置于压电材料的背面，与之连成一体，用以控制超声换能器频率和脉冲响应的材料。针对天燃气的超声波传感器按照频段划分，属于高频传感器。由于与空气的密度和成分完全不同，而且很多地区的天燃气中含有腐蚀性气体成分，所以针对天燃气的超声波传感器需要单独设计。现有技术中，超声波传感器的匹配层采用贴片式与压电材料及背衬材料进行粘接，这种形式更加适合超声波的发射，而对于超声波的接收信号则衰减较为严重，尤其对于应用在流量测量方面，需要对接收回波信号进行信号分辨及处理的场景，则影响很大。

因此需要研发出一种超声波传感器来解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题设计了一种超声波传感器。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种超声波传感器，包括：

匹配层组件；匹配层组件的头部为圆台结构，匹配层组件的内部形成阶梯槽，在阶梯槽的底部设置有平底槽；

压电陶瓷片；压电陶瓷片安装在匹配层组件内，压电陶瓷片的负极以及内接导线置于平底槽内；

PCB转接板；压电陶瓷片与PCB转接板通过内接导线电性连接，PCB转接板还与外接导线电连接；

密封层；密封层、PCB转接板、压电陶瓷片、匹配层组件依次连接设置。

具体地，超声波传感器还包括阻尼层，阻尼层设置在压电陶瓷片、PCB转接板之间。

具体地，超声波传感器还包括吸音层，吸音层设置在PCB转接板、密封层之间。

具体地，超声波传感器还包括胶套，胶套与密封层远离吸音层的一端连接。

优选地，匹配层组件与压电陶瓷片之间通过粘接剂连接。

本实用新型的有益效果在于：

通过匹配层组件的独特结构设计，使得本申请兼顾超声波的信号发射及接收，避免出现较为严重的接收信号衰减，适用于流量测量；

通过匹配层组件、压电陶瓷片、阻尼层、PCB转接板、吸音层、密封层的组合设置，使得本申请的结构更加稳固，使得信号检测准确。

附图说明

图1是本申请的***图；

图2是本申请中匹配层组件的立体图；

图3是本申请中匹配层组件的剖视图；

其中相应的附图标记为：1-匹配层组件；11-平底槽；12-阶梯槽；2、粘接剂；3、压电陶瓷片；4、阻尼层；5、内接导线；6、PCB转接板；7、吸音层；8、密封层；9、胶套；10、外接导线。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。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。

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

如图1-3所示，一种超声波传感器，包括：

匹配层组件1；匹配层组件1的头部为圆台结构，这样设计目的有两个：一，增大匹配层与天燃气的接触面积，从而也增大了超声波信号的入射角度及发射角度，有利于超声波声束的接收与发射；二，天燃气气流遇圆台形结构，可以沿圆台外边缘旋转，对天然气气流有导流作用，有效增大天燃气流速，还可以使天燃气中含有的固体杂质与气体分离，有效提升传感器灵敏度。匹配层组件1的内部形成阶梯槽12，在阶梯槽12的底部设置有平底槽11；阶梯槽12的侧壁上设置有过线槽，过线槽与平底槽11连接，过线槽用于单侧内接导线5的放置；

压电陶瓷片3；压电陶瓷片3安装在匹配层组件1内，匹配层组件1与压电陶瓷片3之间通过粘接剂2连接，压电陶瓷片3的负极以及内接导线5置于平底槽11内；

PCB转接板6；压电陶瓷片3与PCB转接板6通过内接导线5电性连接，PCB转接板6还与外接导线10电连接；

密封层8；

阻尼层4；阻尼层4对压电陶瓷片3、PCB转接板6之间进行隔绝。

吸音层7；吸音层7设置在PCB转接板6、密封层8之间。

胶套9；胶套9与密封层8远离吸音层7的一端连接。胶套9、密封层8、吸音层7、PCB转接板6、阻尼层4、压电陶瓷片3、匹配层组件1依次连接设置。外接导线10是穿过吸音层7、密封层8、胶套9设置，并在穿过后连接外部。

超声波发射声束依次通过压电陶瓷片3、粘接剂2、匹配层组件1传递到天燃气媒质中。反之，超声波接收回波则依次通过匹配层组件1、粘接剂2、压电陶瓷片3实现。

压电陶瓷片3的激励与接收传输路径，通过内接导线5实现。内接导线5再通过PCB转接板6及焊接在其上的外接导线10继续向外界实现激励与接收信号的传输。

工作原理的描述：

超声波传感器中的压电陶瓷片3随着加载在其两极的电压的幅值和频率发生机械形变，同时向外部媒质传输超声波；如果反过来给压电陶瓷片3加载超声振动时，便会产生电信号，检测这个电信号强弱变化即可得到加载的超声振动强弱，这就是超声波传感器的工作原理。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超声波传感器，其特征在于，包括：

匹配层组件；匹配层组件的头部为圆台结构，匹配层组件的内部形成阶梯槽，在阶梯槽的底部设置有平底槽；

压电陶瓷片；压电陶瓷片安装在匹配层组件内，压电陶瓷片的负极以及内接导线置于平底槽内；

PCB转接板；压电陶瓷片与PCB转接板通过内接导线电性连接，PCB转接板还与外接导线电连接；

密封层；密封层、PCB转接板、压电陶瓷片、匹配层组件依次连接设置。

2.根据权利要求1所述的一种超声波传感器，其特征在于，超声波传感器还包括阻尼层，阻尼层设置在压电陶瓷片、PCB转接板之间。

3.根据权利要求1所述的一种超声波传感器，其特征在于，超声波传感器还包括吸音层，吸音层设置在PCB转接板、密封层之间。

4.根据权利要求1所述的一种超声波传感器，其特征在于，超声波传感器还包括胶套，胶套与密封层远离吸音层的一端连接。

5.根据权利要求1所述的一种超声波传感器，其特征在于，匹配层组件与压电陶瓷片之间通过粘接剂连接。

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