[实用新型]气隙增谐型气介超声换能器

说明书

本实用新型属超声传感技术领域。特别涉及一种气介超声换能器。

目前国内外气介式超声换能器的主要结构形式有弯曲振动式和夹心式两种。两者均有一个特点，即在换能器的辐射面上存在着两个明显的反相区。由于反相区的声波相消，从而削弱了发射波的有效声能，降低了换能器的声波发射效率。对于这一问题，以往人们采取的措施主要有两种，一是采用摭挡法，另一种是采用相位平衡的方法。

摭挡法是利用吸声材料挡住某一反相区，一般是挡住中心反相区，使中心反相区发射的声波被摭住和被吸收掉，只让另一辐射区发出的声波辐射出去，从而消除它的反相相消作用。吸声材料如橡胶等一般附着在中心反相区的辐射面上。这种方法存在的弱点是中心反相区发射的声能白白浪费掉，降低了换能器总的辐射声能，从而降低了换能器的发射效率。

相位平衡法是在辐射面上增加一个相位平衡器，使得两反相区发射的声波通过相位平衡器后相位趋于一致，从而消除反相区的相消作用。常见的相位平衡器做成喇叭状，固定在振动辐射板的中心，选择合适的角度和合适的大小可起到一定的相位补偿作用。这种方法的弱点是：相位平衡器本身作为换能的负载，降低了换能器的有效振幅；相位平衡器的自身振动频率往往与换能器的振动频率不一样，从而使换能器振动模式复杂化，信号拖尾增长，很难得到很好的补偿效果。虽然这两种补偿方式在气介式超声换能器上都有应用，但因以上问题，使得大多数情况下，气介超声换能仍采用无补偿方式。

本实用新型的目的在于研制一种以反射摭挡方式消除反相相消并且增强发射效能的气隙增谐型气介超声换能器。

本实用新型主要由压电陶瓷晶片，引出电极后盖板等部分所组成，除去反射挡板部分，其他部件构成了一个一般的弯曲振动型超声换能器。反射挡板通过一调节装置固定在振动板的前部，以挡住反相区并和振动板之间保持一个气隙，其气隙的大小可通过调节装置进行调整。反射挡板的直径等于换能器反相区的直径时，效果最佳。反相区的直径可由试验测得；也可由经验公式d≈0.6D估算出后，再根据实际效果进行修正，其中d为反相区的直径，D为振动板的有效振动直径。

本发明的关键是在气介式超声换能器振动板的中心反相区的前部，装有一个反射挡板，并使两者之间保持一定气隙，从而形成共振。其工作机理是：超声换能器在电压信号的作用下，压电陶瓷晶片产生机械变形，从而使外壳前部的振动板产生弯曲振动，向外辐射一定频率的超声波。其反相区发射的声波被反射挡板摭挡住，并反射回来。反射挡板的作用有两个：一是挡住了反相区声波的向外辐射，从而消除了反相区的空间相消作用；二是反射回来的声波将再次作用在换能器的振动板上，当满足合适的相位条件时，反射回来的声波将加强振动板的振动。进一步可以通过调节装置调整气隙的大小，使得声波在气隙中谐振的频率等于弯曲振板的振动频率，从而使振动板和气隙之间形成共振，加强振动板的振动幅度，即将反相区发射的声能转换成一种驱动能来加强振动板的振，提高振动板非摭挡部分的辐射声能，大大提高了换能器的发射效率和效果。

根据本实用新型所制成的气隙增谐型气介超声换能器，不仅有效地消除了换能器反相区的相消作用，增强了换能器的振动，提高了换能器的反射效率，而且气隙谐振改善了换能器与空气的阻抗匹配，改善了换能器的谐振性能，减少了发射波的拖尾。

附图为本实用新型一个具体实施例的结构原理图，其反射挡板安装在换能器中心反相区的前部，挡住中心反相区；调节装置采用调  整固定螺丝。压电陶瓷晶片粘接在前部振动板上。1-压电陶瓷晶片；2-金属振动板；3-反射挡板；4-引出电极；5-后盖板；6-调整固定螺丝；7-后盖板固定螺丝；8-信号插座。