[实用新型]一种可自加热超声换能器

说明书

一种可自加热超声换能器，包括压电发声元件、加热元件和透声匹配元件；加热元件设置于压电发声元件和透声匹配元件之间，且在两端面上分别形成有第一表面电极和第二表面电极；加热元件上还形成有盲孔，该盲孔以贯穿第一表面电极的形式延伸至第二表面电极；第一电压信号以一端引线连接加热元件的第一表面电极，另一端引线通过盲孔连接第二表面电极的形式激励加热元件进行加热；第二电压信号以一端引线连接压电发声元件在远离加热元件的一侧端面上形成的第三表面电极，另一端引线连接加热元件的第一表面电极的形式激励压电发生元件产生超声信号。

技术领域

本实用新型涉及超声换能器和流体流速检测技术领域，具体地，涉及一种可自加热超声换能器。

背景技术

流量流速监测作为一种定量监控数据，被广泛应用于航空航天、气象科学、海运观测等各个领域。而作为一种新技术，基于超声换能器的超声流量流速检测正在逐步取代原有的机械式测量方法被逐步应用在风速、燃气流量、自来水流速、液体推进剂等流体流速测量场景中。

一般地，超声换能器利用压电材料的压电效应产生超声波信号，当超声换能器通过信号发射电路加载电学信号的时候，压电材料的逆压电效应可以产生超声波信号，当超声信号被超声换能器接收到之后，压电材料的压电效应可以将超声信号转换为电学信号。对于流量流速检测，一般常用的是时差法，即采用一对超声换能器，使发射面相对，在两个发射面之间为待测流速的流体介质。其中一个换能器做超声信号发射，另一个换能器做接收，根据接收超声波信号的时间间隔计算流体介质的声速和流速。

图5示出了现有的超声换能器。如图5所示，现有常规的超声换能器包括依次层叠设置的压电发声元件1和透声匹配元件3。在电压信号V的一端引线连接压电发声元件1的表面电极，另一端引线连接透声匹配元件3的表面电极，由此激励压电陶瓷元件实现生成超声信号。然而，这种传统的超声流速测量方法仅适用于常温流体测量，对于极端雨雪天气下的风速测量、消融液体流速测量等场合，常规超声换能器会出现表面因为温度降低的原因而结冰或者液体结块，从而影响超声信号的发射，严重时甚至影响整个系统的检测精度，检测系统因为外部载荷的增加而遭到破坏。

由此可见，目前尚需一种能够在极低温环境下正常进行流体流速测量的超声换能器。

实用新型内容

实用新型要解决的问题：

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种适用于极低温环境的可自加热超声换能器。

解决问题的技术手段：

为解决上述问题，本实用新型提供一种可自加热超声换能器，

包括压电发声元件、加热元件和透声匹配元件；

所述加热元件设置于所述压电发声元件和所述透声匹配元件之间，且在两端面上分别形成有第一表面电极和第二表面电极；

所述加热元件上还形成有盲孔，该盲孔以贯穿所述第一表面电极的形式延伸至所述第二表面电极；

第一电压信号以一端引线连接所述加热元件的所述第一表面电极，另一端引线通过所述盲孔连接所述第二表面电极的形式激励所述加热元件进行加热；

第二电压信号以一端引线连接所述压电发声元件在远离所述加热元件的一侧端面上形成的第三表面电极，另一端引线连接所述加热元件的所述第一表面电极的形式激励所述压电发生元件产生超声信号。

根据本实用新型，通过在超声换能器的叠层结构中增加一层加热元件，能利用加热元件通电升温的特性提高器件在极低温环境下的工作性能，达到超声换能器声发射面的除冰和消融效果。

也可以是，本实用新型中，所述加热元件的厚度为四分之一波长或小于二十分之一波长。当厚度设置为小于二十分之一波长时，加热元件仅发挥加热功能。当厚度设置为四分之一波长时，加热元件能兼顾声透射匹配和加热功能。由此能改善超声信号的透声效果。