[发明专利]一种空耦式压电超声换能器及其等效电路模型

权利要求书

1.一种空耦式压电超声换能器，其特征在于，包括分离式的发射端和接收端；其中，

所述发射端包括第一外壳，所述第一外壳一侧设置有第一接插件，所述第一外壳另一侧设置有开口，该开口处设置有第一匹配层，使所述第一外壳形成密闭空间；所述第一外壳内部包括与所述第一匹配层连接的第一压电晶片，所述第一压电晶片通过导线连接匹配电路，所述匹配电路通过导线连接所述第一接插件；

所述接收端包括第二外壳，所述第二外壳一侧设置有第二接插件，所述第二外壳另一侧设置有开口，该开口处设置有第二匹配层，使所述第二外壳形成密闭空间；所述第二外壳内部包括与第二匹配层连接的第二压电晶片，所述第二压电晶片通过导线连接所述第二接插件；

所述匹配电路根据工作中所使用的激励源参数设计；所述第一压电晶片和第二压电晶片为1-3型压电复合材料；所述第一匹配层和第二匹配层为空心聚合物微珠/环氧树脂复合材料。

2.一种空耦式压电超声换能器等效电路模型，其特征在于，包括发射端等效电路模型和接收端等效电路模型；其中，

所述发射端等效电路模型包括激励源电路、匹配电路、第一压电晶片电路、第一匹配层电路和第一空气介质电路；

所述接收端等效电路模型包括第二压电晶片电路、第二匹配层电路、第二空气介质电路和接收部分电路。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述激励源电路包括第一电源Vs和激励源内阻r；

所述匹配电路包括第五电感Ls和第五电容Cp；

所述第一压电晶片电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一阻抗Zb1、第一复阻抗Zp1、第二复阻抗Zp2、第三复阻抗Zp3、第一电感L1和第二电感L2；

所述第一匹配层电路包括第四复阻抗Zw1、第五复阻抗Zw2和第六复阻抗Zw3；

所述第一空气介质电路为第二阻抗Za1。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一电源Vs一端与所述激励源内阻r的一端连接，另一端连接第一节点，所述激励源内阻r另一端连接所述第五电感Ls的一端，所述第五电感Ls另一端第二节点，所述第五电容Cp接于所述第一节点和第二节点之间，所述第二电容C2接于所述第一节点和第二节点之间，所述第一电容C1一端连接第二节点，另一端连接所述第一电感L1的一端，第一电感L1另一端连接第一节点；所述第一阻抗Zb1一端与所述第二复阻抗Zp2的一端连接，另一端连接第三节点，所述第二复阻抗Zp2另一端连接第四节点，所述第一复阻抗Zp1的一端连接第四节点，另一端连接所述第二电感L2的一端，所述第二电感L2另一端连接第三节点，所述第三复阻抗Zp3的一端连接第四节点，另一端连接所述第五复阻抗Zw2的一端，所述第五复阻抗Zw2另一端连接第五节点，所述第四复阻抗Zw1接于所述第五节点和第三节点之间，所述第六复阻抗Zw3一端连接第五节点，另一端连接所述第二阻抗Za1的一端，第二阻抗Za1另一端连接第三节点；

所述第一电感L1和第二电感L2构成机电耦合关系。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述第二压电晶片电路包括第三电容C3、第四电容C4、第三阻抗Zb2、第七复阻抗Zp4、第八复阻抗Zp5、第九复阻抗Zp6、第三电感L3和第四电感L4；

所述第二匹配层电路包括第十复阻抗Zw4、第十一复阻抗Zw5和第十二复阻抗Zw6；

所述第二空气介质电路为第四阻抗Za2；

所述接收部分电路为接收端V。