專利名稱：氣體介質(zhì)超聲換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種非接觸式障礙、物位測(cè)量?jī)x器中使用的超聲傳感器，更具體地講是一種能將電┈聲相互轉(zhuǎn)換的換能器。
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要對(duì)有關(guān)障礙物、流量、液位、料位等進(jìn)行測(cè)量，而非接觸式障礙、物位測(cè)量則是十分理想的測(cè)量方法。在現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)中普遍采用的不外乎是彎曲振動(dòng)換能器，利用它來(lái)發(fā)射和接收超聲波，由于多種原因，其測(cè)量范圍受到較大的限制。中國(guó)專利局出版的《實(shí)用新型專利公報(bào)》于1992年7月1日公開了一種名稱為《氣介式超聲物位儀》的申請(qǐng)案(公告號(hào)CN2108907U)，在其專利申請(qǐng)說(shuō)明書中公開的氣介式超聲傳感器就是一種彎曲振動(dòng)傳感器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，其技術(shù)解決方案是將輻射圓盤(6)旋入復(fù)合棒縱向振動(dòng)傳感器的前蓋板(7)上并擰緊，輻射圓盤(6)與前蓋板(7)之間有一段空氣諧振腔(4)，隔振橡皮(3)套在輻射圓盤(6)和前蓋板(7)上，喇叭(5)套入隔振橡皮(3)。該實(shí)用新型在一定程度上提高了傳感器的電┈聲轉(zhuǎn)換效率，因而對(duì)測(cè)量范圍也有所提高。由于在本實(shí)用新型中，前蓋板(7)是直徑相同的柱形，其傳遞振動(dòng)的振幅有限；輻射圓盤(6)與前蓋板(7)、隔振橡皮(3)、喇叭(5)被直接固定為一體，因此，在這種邊界條件下進(jìn)行的振動(dòng)模式，其振動(dòng)過(guò)程中阻尼較大；另外，諧振腔的腔體也是固定的這不利于調(diào)節(jié)換能器工作在最佳狀態(tài)。
本實(shí)用新型的目的在于改善氣體介質(zhì)超聲換能器中的振動(dòng)圓盤的工作邊界條件，進(jìn)而提高換能器的工作效率。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)解決方案是氣體介質(zhì)超聲換能器，它有一個(gè)喇叭形的輻射罩(1)，位于其小口端的帶有補(bǔ)償環(huán)(5)的振動(dòng)圓盤(6)與復(fù)合振子聯(lián)為一體，該復(fù)合振子是由不同直徑的細(xì)振桿(8)和粗振桿(9)構(gòu)成的變幅振動(dòng)桿與壓電晶片(10)及背塊(11)縱向順序組合而成，它位于尾管(4)內(nèi)部，其技術(shù)方案特別之處就是，換能器還有一個(gè)背管(3)，背管(3)的一端與輻射罩(1)的小口端相聯(lián)，另一端與尾管(4)的一端相聯(lián)，振動(dòng)圓盤(6)由與其相聯(lián)的細(xì)振桿(8)懸支固定，該振動(dòng)圓盤(6)同細(xì)振桿(8)相聯(lián)的一側(cè)與背管(3)內(nèi)所設(shè)的背板之間構(gòu)成一諧振腔(7)，該諧振腔(7)將推動(dòng)振動(dòng)圓盤(6)作高階彎曲振動(dòng)，該諧振腔(7)的腔體是可調(diào)節(jié)的，即喇叭形輻射罩(1)、振動(dòng)圓盤(6)與背管(3)內(nèi)設(shè)置的背板之間的距離可調(diào)節(jié)，以便振動(dòng)圓盤(6)工作在最佳選定位置。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，這主要體現(xiàn)在以下方面1.本實(shí)用新型技術(shù)解決方案中的復(fù)合振子中有一個(gè)變幅振動(dòng)桿，使得振幅經(jīng)過(guò)細(xì)振桿(8)放大，推動(dòng)振動(dòng)圓盤(6)作高階彎曲振動(dòng)；2.振動(dòng)圓盤(6)與復(fù)合振子的細(xì)振桿(8)相聯(lián)為一體，且被懸支固定著，在這種邊界條件下，振動(dòng)受到的阻尼較小，使其工作效率提高；3.諧振腔(7)的腔體是可以調(diào)節(jié)的，在理論計(jì)算基礎(chǔ)上選定一個(gè)理論位置，只需微調(diào)即可使振動(dòng)圓盤(6)工作在最佳狀態(tài)。


附圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)記(1)輻射罩；(2)罩座；(3)背管；(4)尾管；(5)補(bǔ)償環(huán)；(6)振動(dòng)圓盤；(7)諧振腔；(8)細(xì)振桿；(9)粗振桿；(10)壓電晶片；(11)背塊；(12)隔振套。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
參見附圖1，振動(dòng)圓盤(6)的位于輻射罩(1)一側(cè)的盤面上設(shè)有一相位補(bǔ)償環(huán)(5)，它是非金屬件并且與盤體粘貼為一體，利用該補(bǔ)償環(huán)(5)來(lái)校正波形相位。變幅振動(dòng)桿是由細(xì)振桿(8)和粗振桿(9)而構(gòu)成的，復(fù)合振子是由變幅振動(dòng)桿、壓電晶片(10)及背塊(11)組合而成，它上套置一隔振套(12)，該隔振套(12)由非金屬材料制成，它套接在壓電晶片(10)所在的部位，并且由該隔振套(12)將復(fù)合振子相對(duì)固定在尾管(4)內(nèi)。由附圖1可見背管(3)是由大、小兩種直徑的管體構(gòu)成的，管內(nèi)中部還設(shè)有帶圓孔的背板，該圓孔的直徑大于細(xì)振桿(8)的直徑，細(xì)振桿(8)非接觸地穿過(guò)該圓孔，即細(xì)振桿(8)從該圓孔中懸空穿過(guò)，按這種模式振動(dòng)，其阻尼較小。另外，背管(3)的大、小直徑的兩管端外部還分別設(shè)有一段外螺紋，用以同輻射罩(1)上的罩座(2)、尾管(4)上所設(shè)的內(nèi)螺紋配合聯(lián)接，也正是通過(guò)該螺紋聯(lián)接方式達(dá)到便于調(diào)節(jié)諧振腔(7)的腔體及調(diào)整振動(dòng)圓盤(6)的工作位置。在本實(shí)用新型中，為了便于制作和安裝以及使振動(dòng)圓盤(6)有一個(gè)理想的邊界工作條件，特將振動(dòng)圓盤(6)與細(xì)振桿(8)兩者制為一體，細(xì)振桿(8)的端部由所設(shè)螺紋與粗振桿(9)的端頭所設(shè)的螺紋配合聯(lián)接。
本實(shí)用新型在作發(fā)射工作時(shí)，壓電晶片(10)通過(guò)引線在兩端加之交變電壓，當(dāng)交變電壓頻率為復(fù)合振子共振頻率時(shí)，復(fù)合振子產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，其振幅經(jīng)過(guò)變幅振動(dòng)桿之細(xì)振桿(8)放大后推動(dòng)振動(dòng)圓盤(6)作高階彎曲振動(dòng)，在振動(dòng)圓盤(6)振動(dòng)時(shí)，其振幅進(jìn)一步加大，向氣體介質(zhì)中輻射出超聲波，同時(shí)，位于喇叭形的輻射罩(1)喉部的振動(dòng)圓盤(6)利用該輻射罩(1)大、小口端的不同開口，使輻射聲阻進(jìn)一步降低，大大提高了換能器的工作效率。
在接收工作時(shí)，由氣體介質(zhì)中傳來(lái)的超聲波，經(jīng)過(guò)輻射罩(1)放大后被振動(dòng)圓盤(6)接收并引起它和復(fù)合振子的振動(dòng)，并由壓電晶片(10)將振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率一致的交變電壓再由引線輸出。
權(quán)利要求1.一種氣體介質(zhì)超聲換能器，它包括一個(gè)喇叭形的輻射罩(1)，位于其小口端的帶有補(bǔ)償環(huán)(5)的振動(dòng)圓盤(6)與復(fù)合振子聯(lián)為一體，所述的復(fù)合振子是由不同直徑的細(xì)振桿(8)和粗振桿(9)構(gòu)成的變幅振動(dòng)桿與壓電晶片(10)及背塊(11)縱向順序組合而成，它位于尾管(4)內(nèi)部，其特征在于背管(3)的一端與輻射罩(1)的小口端相聯(lián)，另一端與尾管(4)的一端相聯(lián)；振動(dòng)圓盤(6)由與其相聯(lián)的細(xì)振桿(8)懸支固定，該振動(dòng)圓盤(6)與背管(3)內(nèi)所設(shè)的背板之間形成一腔體可調(diào)節(jié)的諧振腔(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體介質(zhì)超聲換能器，其特征在于嵌入尾管(4)內(nèi)的隔振套(12)套在復(fù)合振子上并將其定置在尾管(4)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體介質(zhì)超聲換能器，其特征在于上述背管(3)是由大、小兩種直徑管體構(gòu)成，管內(nèi)中部設(shè)有中心開置了圓孔的背板，所述的細(xì)振桿(8)的直徑小于該圓孔且從中懸空穿過(guò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的氣體介質(zhì)超聲換能器，其特征在于所述的背管(3)的大、小直徑的管體端部分別與尾部小口端套置有罩座(2)的輻射罩(1)，尾管(4)通過(guò)螺紋聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的氣體介質(zhì)超聲換能器，其特征在于所述的振動(dòng)圓盤(6)與細(xì)振桿(8)兩者是一體的，細(xì)振桿(8)的端部由所設(shè)螺紋與粗振桿(9)的端頭所設(shè)螺紋配合聯(lián)接。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種非接式進(jìn)行障礙物位測(cè)量時(shí)用于聲—電轉(zhuǎn)換的氣體介質(zhì)超聲換能器，它包括一個(gè)喇叭形的輻射罩，位于其小口端的振動(dòng)圓盤與復(fù)合振子聯(lián)為一體，其特別之處在于它有一個(gè)具有變幅桿的復(fù)合振子，用于激勵(lì)振動(dòng)圓盤強(qiáng)烈振動(dòng)的諧振腔體是可調(diào)節(jié)的，因而整體換能器的工作效率達(dá)到了進(jìn)一步的提高。
文檔編號(hào)G01F23/28GK2149609SQ92245968
公開日1993年12月15日 申請(qǐng)日期1992年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月25日
發(fā)明者倪禮賓, 胡貴池, 何江南 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所