合塊7組成；
[0027] 圖5為一體化驅(qū)動(dòng)電路，由控制器、四通道可控模擬開關(guān)（TS3A4751)、兩個(gè)信號(hào)處 理環(huán)節(jié)組成，每個(gè)信號(hào)處理環(huán)節(jié)由一個(gè)選通控制和兩個(gè)功率模塊電路組成，四個(gè)功率模塊 電路分別與對(duì)應(yīng)的1~4號(hào)晶片相連。
[0028] 圖6為雙發(fā)雙收工作模式下超聲波發(fā)送接收示意圖。
[0029] 圖7為雙發(fā)單收工作模式下超聲波發(fā)送接收示意圖。
[0030] 圖8為單發(fā)雙收工作模式下超聲波發(fā)送接收示意圖。
[0031 ]圖9為單發(fā)單收工作模式下超聲波發(fā)送接收示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 以下將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)先實(shí)施例僅為了說 明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0033] 參見圖1~4,本發(fā)明中的大功率四晶一體超聲波換能器由四個(gè)互為傾斜軸對(duì)稱 安裝的壓電晶體組成，裝置整體內(nèi)部包括四個(gè)軸對(duì)稱的圓柱形腔體，四個(gè)互為傾斜軸對(duì)稱 安裝的壓電晶片分別放置于四個(gè)不同的腔體中，分別標(biāo)記1號(hào)壓電晶片1，2號(hào)壓電晶片2， 3號(hào)壓電晶片3和4號(hào)壓電晶片4 ;其中，1號(hào)和3號(hào)壓電晶片為發(fā)射晶片，2號(hào)和4號(hào)壓電 晶片為接收晶片。裝置整體內(nèi)部包括四個(gè)軸對(duì)稱的圓柱形腔體，腔體之間由吸音材料形成 的隔音層9分割，每個(gè)腔體沿軸向從上到下由吸音材料10、壓電晶片獨(dú)立封裝體13、和耦合 裝置12組成，腔體的上部是一體化驅(qū)動(dòng)電路8,裝置整體由圓柱形外殼14封裝成一體，其 中，壓電晶片獨(dú)立封裝體13由保護(hù)套5,對(duì)應(yīng)壓電晶片和阻尼塊11組成，耦合裝置12由延 時(shí)塊6和耦合塊7組成。
[0034] 參見圖5,本發(fā)明的大功率四晶一體超聲波換能器中，四個(gè)壓電晶片相對(duì)獨(dú)立，各 自的工作狀態(tài)由控制器統(tǒng)一控制，通過控制電路可以根據(jù)實(shí)際需要，靈活的選擇、設(shè)定多種 工作模式。由多路開關(guān)實(shí)現(xiàn)工作模式的設(shè)定與轉(zhuǎn)換。發(fā)射部分由1、3號(hào)單元組成，接收部 分由2、4號(hào)單元組成，通過設(shè)定各個(gè)晶片的接通與斷開工作狀態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)多種工作模式 的組合設(shè)定。控制器通過（高電平為通，低電平為斷），控制器通過I/O 口 5~6發(fā)出頻率 在20KHZ~2001(!^范圍內(nèi)一定頻率的電激勵(lì)信號(hào)，控制器通過I/O 口 7~8接收由2號(hào)，4 號(hào)壓電晶片返回并經(jīng)信號(hào)處理環(huán)節(jié)處理后的電信號(hào)；I/O 口 1~4給出選通信號(hào)選通多路 選擇開關(guān)電路TS3A4751芯片的四路中的某一路或多路，使之對(duì)應(yīng)的晶片與控制器I/O 口的 5~8對(duì)應(yīng)通道接通或斷開；選通信號(hào)同時(shí)連接后面的信號(hào)處理環(huán)節(jié)的"選通控制"電路，使 之對(duì)應(yīng)通道功率模塊電路同步工作。工作模式選擇描述如下：
[0035] 根據(jù)實(shí)際檢測(cè)要求，通過控制器或程序預(yù)先預(yù)置或切換該裝置工作模式，如雙發(fā) 雙收、雙發(fā)單收、單發(fā)雙收、單發(fā)單收、發(fā)射以及接收模式。
[0036] 事例舉例如下：
[0037] ①雙發(fā)雙收模式
[0038] 控制器I/O 口 1~4輸出高電平。1、3號(hào)壓電晶片處于發(fā)射工作狀態(tài)，2、4號(hào)壓電 晶片處于接收工作狀態(tài)，該工作模式下超聲波發(fā)送接收示意圖參見圖6所示。
[0039] ②雙發(fā)單收模式
[0040] 控制器I/O 口 1~2輸出高電平，I/O 口 3(或4)輸出高電平，I/O 口 4(或3)輸 出低電平。1、3號(hào)壓電晶片處于發(fā)射工作狀態(tài)，2(或4)號(hào)壓電晶片處于接收工作狀態(tài)，該 工作模式下超聲波發(fā)送接收示意圖參見圖7所示。
[0041] ③單發(fā)雙收模式
[0042] 控制器I/O 口 1(或2)輸出高電平，I/O 口 2(或1)輸出低電平；I/O 口 3~4輸 出高電平。1(或3)號(hào)壓電晶片處于發(fā)射工作狀態(tài)，2、4號(hào)壓電晶片處于接收工作狀態(tài)，該 工作模式下超聲波發(fā)送接收示意圖參見圖8所示。
[0043] ④單發(fā)單收模式
[0044] 控制器I/O 口 1(或2)輸出高電平，I/O 口 2(或1)輸出低電平；I/O 口 3(或4) 輸出高電平，I/O 口 4(或3)輸出低電平。1(或3)號(hào)壓電晶片處于發(fā)射工作狀態(tài)，2(或4) 號(hào)壓電晶片處于接收工作狀態(tài)，該工作模式下超聲波發(fā)送接收示意圖參見圖9所示。
[0045] ⑤發(fā)射模式
[0046] 控制器I/O 口 1~2(或1，或2)輸出高電平；I/O 口 3~4輸出低電平。1、3(或 1，或3)號(hào)壓電晶片處于發(fā)射狀態(tài)，2、4號(hào)壓電晶片處于非工作狀態(tài)。
[0047] ⑥接收模式
[0048] 控制器I/O 口 1~2輸出低電平；I/O 口 3~4(或3,或4)輸出高電平。1、3號(hào) 晶片處于非工作狀態(tài)，2、4(或2,或4)號(hào)壓電晶片處于接收狀態(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大功率四晶一體超聲波換能器，裝置整體內(nèi)部包括四個(gè)軸對(duì)稱的圓柱形腔體， 腔體之間由吸音材料形成的隔音層分割，每個(gè)腔體沿軸向從上到下由吸音材料、壓電晶片 獨(dú)立封裝體和耦合裝置組成，腔體的上部是一體化驅(qū)動(dòng)電路，裝置整體由圓柱形外殼封裝 成一體； 壓電晶片獨(dú)立封裝體由保護(hù)套、阻尼塊和壓電晶片組成，四個(gè)壓電晶片封裝體傾斜對(duì) 稱安裝于四個(gè)腔體中，壓電晶片分為兩組工作，四片壓電晶片中相互間隔的兩片壓電晶片 作為一組壓電晶片，兩組壓電晶片中的一組壓電晶片作為發(fā)射晶片，另外一組壓電晶片作 為接收晶片； 壓電晶片獨(dú)立封裝體中的保護(hù)套是由金屬制成的圓柱形殼體，上表面有一個(gè)開孔，用 于穿過導(dǎo)線，導(dǎo)線用來連接一體化驅(qū)動(dòng)電路和壓電晶片；無下表面，壓電晶片直接與耦合裝 置的延時(shí)塊接觸； 耦合裝置從上到下由延時(shí)塊和耦合塊組成；延遲塊是由有機(jī)玻璃制成的鍥形塊，耦合 塊由耐磨橡膠和塑料膜組成； 一體化驅(qū)動(dòng)電路由控制器，四通道可控模擬開關(guān)，和信號(hào)處理環(huán)節(jié)組成；其中，信號(hào)處 理環(huán)節(jié)由選通控制和功率模塊電路組成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換能器，其特征是四片壓電晶片相互傾斜對(duì)稱安裝在四個(gè)腔 體中，發(fā)射壓電晶片和接收壓電晶片相互傾斜對(duì)稱分布于四個(gè)不同的腔體中，兩片作為發(fā) 射晶片的壓電晶片采用鋯鈦酸鉛的陶瓷片PZT4,具有相同的制作工藝，結(jié)構(gòu)尺寸，脈沖回波 靈敏度，壓電系數(shù)，機(jī)電耦合系數(shù)和彈性常數(shù)；兩片作為接收壓電晶片的壓電晶片采用鋯鈦 酸鉛的陶瓷片PZT5,具有相同的制作工藝，結(jié)構(gòu)尺寸，脈沖回波靈敏度，壓電系數(shù)，機(jī)電耦合 系數(shù)和彈性常數(shù)；發(fā)射晶片和接收晶片具有相同的結(jié)構(gòu)尺寸，壓電系數(shù)，機(jī)電耦合系數(shù)和彈 性常數(shù)；發(fā)射晶片發(fā)射頻率和接收晶片脈沖回波最高靈敏度的頻率一致。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的換能器，其特征是換能器的工作模式由一體化驅(qū)動(dòng)電路中的 控制器統(tǒng)一控制，其具體步驟如下： A. 控制器通過四個(gè)I/O口給出選通信號(hào)到四路可控模擬開關(guān)； B. 選通信號(hào)控制多路選擇開關(guān)電路的四路，使與之對(duì)應(yīng)的壓電晶片與控制器另外四個(gè) I/O口之間的電路接通或斷開； C. 控制器通過四個(gè)I/O口給出的選通信號(hào)同時(shí)控制信號(hào)處理模塊的選通控制電路，選 通對(duì)應(yīng)的功率模塊電路同步工作，由此實(shí)現(xiàn)工作模式的選擇與轉(zhuǎn)換。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的換能器，其特征是換能器接收和發(fā)送頻率為20KHz~200KHz 的超聲波，且頻率可調(diào)。
【專利摘要】本發(fā)明中的大功率四晶一體超聲波換能器，采用頻率為20KHZ～200KHZ的超聲波，增加了換能元件，考慮了換能器中元件之間相互匹配優(yōu)化問題，對(duì)應(yīng)每個(gè)晶片都配有各自獨(dú)立的耦合裝置，相互間由隔音層進(jìn)行隔離，極大降低了晶片間的串?dāng)_影響，可滿足大功率測(cè)量的要求，特別適用于類似混凝土等聲阻較大的非金屬材料的超聲檢測(cè)；通過一體化驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)換能裝置工作模式的選擇和轉(zhuǎn)換，能滿足超聲檢測(cè)過程中的適應(yīng)性要求，可根據(jù)不同的被測(cè)材料，選擇相應(yīng)的工作模式。
【IPC分類】G01B17/02, G01N29/22
【公開號(hào)】CN105180854
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510638088
【發(fā)明人】劉楷安, 李秋菊, 張洋
【申請(qǐng)人】華北水利水電大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年10月7日