[发明专利]提高超声波传感器灵敏度和分辨力的梯度匹配结构

说明书

本发明公开了提高超声波传感器灵敏度和分辨力的梯度匹配结构，涉及超声波传感器技术领域，解决现有超声波受超声波探测介质与压电材料的声阻抗失配的技术问题，包括支撑壳体，所述支撑壳体的下部设置有匹配层，所述匹配层与所述支撑壳体之间通过粘胶层连接；所述匹配层的材料为组分A，组分B，玻璃微珠，气相白炭黑和疏水剂；组分A包括环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物，乙二醇环氧树脂或双环戊二烯环氧树脂；组分B包括碳酸二甲酯，乙二醇酯或甘油酯。本发明通过匹配层的设置，可以通过匹配层中材料的质量比，确定合适的谐振中心频率，并配合双层结构的梯度匹配结构，可以提高超声波在气体介质中的声阻抗。

技术领域

本发明涉及超声波传感器技术领域，更具体的是涉及超声波传感器的声匹配结构技术领域。

背景技术

超声波传感器由声学匹配、背衬和压电材料三个主要部件组成。一般超声波传感器，在超声频率范围内，能够实现电信号-声信号转换或声信号-电信号转换，即实现超声波的发射和接收。

专利文献，日本专利特开平10-123236号公报公开了在缓冲器背面设有凹坑(凹部)，利用产生超声波的陶瓷8、金属基底9及按压盖板27或按压板簧34，将陶瓷8的未与金属基底9相接的一侧表面(以下称作陶瓷表面)按压到缓冲器背侧的凹面中。该专利由于缓冲器背面和陶瓷表面的接触状态不均匀，会产生空气层，导致声能流无法有效传递，影响了超声波传感器的性能。

此外，现有的超声波受超声波探测介质与压电材料的声阻抗失配，导致声能流无法有效传递，影响了超声波传感器的性能。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述超声波受超声波探测介质与压电材料的声阻抗失配的技术问题，本发明提供提高超声波传感器灵敏度和分辨力的梯度匹配结构。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

提高超声波传感器灵敏度和分辨力的梯度匹配结构，包括支撑壳体，所述支撑壳体的下部设置有匹配层，所述匹配层与所述支撑壳体之间通过粘胶层连接，所述匹配层的材料为组分A，组分B，玻璃微珠，气相白炭黑和疏水剂；组分A包括环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物，乙二醇环氧树脂或双环戊二烯环氧树脂；组分B包括碳酸二甲酯，乙二醇酯或甘油酯。

组分A具体为酚醛环氧树脂，甘油环氧树脂或缩水甘油胺环氧树脂。

组分B作为组分A的固化剂，专门针对组分A而适,组分A只有与组分B按本申请的比例混合，真空除气搅拌，才能由液态转变为粘稠状态，固化后可以形成致密的固体结构即匹配层，也可以机械加工成型。

本申请的技术方案中，利用复合材料制备匹配层，加上支撑壳体作为支撑，两个之间通过粘胶层连接，形成双层结构的梯度匹配结构，该匹配层具有耐高温、耐浸泡及耐污特性。因超声波从单层结构的匹配层直接透射到到天燃气环境中，超声波的带宽太窄，透过效率也较低，大部分超声波被反射回去了，根据透射率的计算公式，更多层的匹配层意味着在有限的匹配厚度里匹配层阻抗的变化更加连续，其理论透过率也越接近100％，同时也要从实际出发，匹配层层数增加，匹配层厚度也会相应增加，但是不能无限增加，所以本发明选择的是双层具有阻抗梯度变化的匹配层作为匹配层，该双层结构的梯度匹配结构使声学匹配更加连续，使透射率增加，并能解决不同抗阻匹配材料之间的超声波反射问题。此外，本申请通过匹配层的设置，可以通过匹配层中材料的质量比，确定合适的谐振中心频率，并配合双层结构的梯度匹配结构，可以提高超声波在气体介质中的声阻抗。

本申请通过改变匹配层中各种材料的质量比，多次重复试验，测得相同参数所得的灵敏度取平均值，得到数据曲线，与支撑壳体测得灵敏度曲线进行参数拟合处理，得到最优参数，优化了匹配层的配方。