[实用新型]一种基于超声波方向聚焦结构的超声换能器

说明书

本实用新型属于超声换能器技术领域，涉及一种基于超声波方向聚焦结构的超声换能器，包括：保护外壳层，保护外壳层的底部设有向外凸出的聚焦面；保护外壳层的内部由下至上依次为相连接的匹配层、压电晶体层、背衬层，匹配层固定粘接于保护外壳层的底部；压电晶体层的下电极面焊接有第一引出电极，压电晶体层的上电极面焊接有第二引出电极，匹配层、压电晶体层、背衬层与保护外壳层之间均设有密封层。超声波发出时，压电晶体层的中心区域能量最大，沿径向朝外方向逐渐变弱，且其传播方向为发散式的，利用聚焦面将超声波信号进行压缩，使得信号能量增大，具有一定的聚焦性，该聚焦结构能够提高超声波检测能量，在较大程度上提升产品的测量精度。

技术领域

本实用新型属于超声换能器技术领域，涉及一种基于超声波方向聚焦结构的超声换能器。

背景技术

传统的超声气体传感器对于不同的应用场景和功能，对于信号强度、传播方向等方面有着不同的要求，同时作为以户用为目标的产品设计，超声波的能量要求不可忽视。

传统的气体超声波传感器，只考虑到由于发声材料的性质不是换能器性能的唯一指标，只有当发声材料与匹配层的阻抗完美衔接时，换能器才能表现出很好的性质。超声波实际在介质传播过程中，由于超声波的传播在介质中具有方向性，因此超声波的方向聚焦性也是提升超声波传感器性能的重要参数。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于超声波方向聚焦结构的超声换能器，使超声波的发出方向具有一定的聚焦性，从而提高超声波的检测性能。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

这种基于超声波方向聚焦结构的超声换能器，包括：保护外壳层，所述保护外壳层的底部设有向外凸出的聚焦面；所述保护外壳层的内部由下至上依次为相连接的匹配层、压电晶体层、背衬层，所述匹配层固定粘接于保护外壳层的底部；所述压电晶体层的下电极面焊接有第一引出电极，所述压电晶体层的上电极面焊接有第二引出电极，所述匹配层、压电晶体层、背衬层与保护外壳层之间均设有密封层。

进一步地，所述聚焦面的圆心与保护外壳层的中心相重合，由于超声波发出时，压电晶体层的中心区域能量最大，沿径向朝外方向逐渐变弱，且超声波传播方向为发散式的，聚焦面能够实现超声波的聚焦特性，能够提高超声波的检测能量。

进一步地，所述匹配层的顶部为平面，底部为与聚焦面相匹配的弧面，匹配层和保护外壳层的聚焦结构能够实现超声波的聚焦特性，能够提高超声波检测能量，具有较大程度上提升产品的测量精度的优点。

进一步地，所述第一引出电极、第二引出电极均紧贴压电晶体层和背衬层，为了避免引出电极与外部金属管壳接触，导致电路连通，影响超声波的产生。

进一步地，所述第一引出电极设有折弯，所述折弯将第一引出电极分为竖直部和水平部，所述水平部焊接固定于压电晶体层的下电极面。

进一步地，所述密封层采用环氧树脂灌封形成，既解决了产品的密封问题，又解决了产品内部线路的固定问题，还解决了超声波回波的吸收问题。

进一步地，所述匹配层的底部通过胶与保护外壳层的底部粘接固定。

进一步地，所述压电晶体层贴紧安装于匹配层的上方，匹配层与压电晶体层通过胶粘接固定；背衬层紧贴安装于压电晶体层的上方，压电晶体层与背衬层通过环氧树脂密封粘接。

进一步地，所述保护外壳层采用具有高强度、高抗冲击特性的不锈钢材质制成，

与现有技术相比，本实用新型提供的技术方案包括以下有益效果：通过对匹配层及保护外壳层的设计，由于超声波发出时，压电晶体层的中心区域能量最大，沿径向朝外方向逐渐变弱，且超声波传播方向为发散式的，利用聚焦面将超声波信号进行压缩，使得信号能量增大，具有一定的聚焦性，该聚焦结构能够提高超声波检测能量，在较大程度上能够提升产品的测量精度。