率超声波。
[0031]本发明的超声换能器内部具备一个同晶片并接的电感，电感值为400-700微亨，且电感中心是磁导率为1000-1200 μ e的磁芯。这种结构设计，实现超声换能器“储能”功效，配合超声波探伤仪，能够激励出相同条件下幅度高于普通超声换能器数十倍的超声波，用以满足高衰减复合材料的检测需求。
[0032]本发明超声换能器设计要点如下:
[0033](I)引入磁芯电感，发挥“储能”功效，配合发射电路(超声波探伤仪)对晶片实施“饱和激励”(低频探头可通过调节方波脉冲宽度实现)，将激励效果提升至极限。
[0034]加入磁芯电感的超声换能器自身具有“储能”功效，能非常方便的实现晶片的饱和激励。“储能”功效主要靠并联电感发挥作用，小电感的储能效果较差，线圈储能后突变所产生的发射脉冲幅度很难超过1000V，故要求电感较大，本发明电感值为400-700微亨。晶片是储能线圈的负载，其电容越大则负载越重，线圈储能后突变所产生的发射脉冲幅度就越低，难于达到饱和激励点，故要求晶片电容越小越好，本发明晶片电容约在1000-1800皮法。
[0035](2)晶片要求具有最高的机电转换效率(即Kt值)，受“饱和激励”时能产生最大幅度的振动。
[0036]本发明中的背衬吸声材料非常轻，其声阻尼几乎可忽略；而发射电路中的阻尼电阻非常大，电阻尼亦可忽略，故可视为无阻尼振动。
[0037]谐振能使晶片的振动幅度达到最大值而且失真最小；当晶片电容过大时，匹配的电感值就相对降低，所以，需要选择机电转换效率高而电容小的晶片。
[0038]无阻尼振动与谐振的目的是使晶片获得最大的振动幅度，因此选用复合材料1-3的晶片，使其机电转换效率尚。
[0039](3)晶片本身具有“窄脉冲”特性，即在声/电阻尼都极低的条件下，能够接受储能电感的“动态阻尼”作用而仅仅产生3?4个周期的振动。
[0040]本发明超声换能器的制作工艺如下:
[0041](I)晶片2焊接
[0042]晶片2为圆形尺寸，在圆边缘Imm处粘涂银环氧，烘烤2小时后用单芯低电容电缆线在银环氧点焊接。
[0043](2)背衬吸声材料5灌注
[0044]在晶片2背面灌注软质环氧树脂、4微米的钨粉以及2微米的钨粉配制的低阻尼隔声层，至要求的高度，然后烤箱烘烤。
[0045](3)声学匹配层4灌注
[0046]按照超声换能器设计波长的1/4设计声学匹配层厚度，灌注内部无气泡的硬质环氧树脂与4微米的钨粉等配制的胶水，烤箱烘烤。
[0047](4)电感3连接
[0048]根据晶片频率与激励或储能要求并接相应的磁芯储能电感。
[0049](5)将上述晶片2、背衬吸声材料5、声学匹配层4、电感3以及壳体I和连接器6进行组装灌封，并将并联连接后的晶片2和电感3与连接器6连接。
[0050]本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
【主权项】
1.一种超高功率激励低频超声换能器，其特征在于:包括壳体(I)、晶片(2)、电感(3)、声学匹配层(4)、背衬吸声材料(5)以及连接器(6);所述晶片(2)、电感(3)、声学匹配层(4)、背衬吸声材料(5)位于壳体(I)内，晶片(2)与电感(3)并联连接后通过穿过壳体(I)的连接器(6)与外部超声波探伤仪连接，声学匹配层(4)粘附在晶片(2)的正面，用于将晶片(2)发射的超声波传递给待测工件，并提高所述超声波的透射效率；背衬吸声材料(5)设置在晶片(2)的背面，用于减少所述晶片(2)背面的回波周期； 所述晶片(2)的厚度范围为0.8-3_，电感中心设置有磁芯。2.根据权利要求1所述的一种超高功率激励低频超声换能器，其特征在于:所述晶片(2)的材料为复合材料1-3。3.根据权利要求1或2所述的一种超高功率激励低频超声换能器，其特征在于:所述电感(3)中心的磁芯磁导率为1000-1200 μ e，电感(3)的电感值为400-700微亨。4.根据权利要求1所述的一种超高功率激励低频超声换能器，其特征在于:所述声学匹配层(4)由硬质环氧树脂与4微米的钨粉混合制成，硬质环氧树脂与4微米的钨粉的混合比例为I: (2-3) ο5.根据权利要求1所述的一种超高功率激励低频超声换能器，其特征在于:所述背衬吸声材料(5)由软质环氧树脂、4微米的钨粉以及2微米的钨粉混合制成，软质环氧树脂、4微米的钨粉以及2微米的钨粉的混合比例为:1:2: (3-6)。6.超高功率激励低频超声换能器制作方法，其特征在于包括如下步骤: (1)晶片焊接 晶片(2)为圆形尺寸，在圆边缘Imm处粘涂银环氧，烘烤2小时后用单芯低电容电缆线在银环氧点焊接； (2)背衬吸声材料(5)灌注 在晶片(2)背面灌注软质环氧树脂、4微米的钨粉以及2微米的钨粉配制的背衬吸声材料(5)至要求的高度，然后在烤箱中烘烤； (3)声学匹配层(4)灌注 按照超声换能器设计波长的1/4设计声学匹配层厚度，在晶片(2)正面灌注内部无气泡的硬质环氧树脂与4微米的钨粉配制的声学匹配层(4)至设计的厚度，然后在烤箱中烘烤； (4)电感连接 根据晶片频率与激励或储能要求并接相应的磁芯储能电感； (5)将晶片(2)、背衬吸声材料(5)、声学匹配层(4)、电感(3)以及壳体和连接器进行组装灌封，并将并联连接后的晶片(2)和电感(3)与连接器(6)连接。
【专利摘要】本发明公开了一种超高功率激励低频超声换能器及其制作方法，该超声换能器包括壳体、晶片、电感、声学匹配层、背衬吸声材料以及连接器，晶片、电感、声学匹配层、背衬吸声材料位于壳体内，晶片与电感并联连接后通过穿过壳体的连接器与外部超声波探伤仪连接，声学匹配层粘附在晶片的正面，背衬吸声材料设置在晶片的背面。该超声换能器能长期工作在至少1000V激励电压下，通过发射电路对晶片实施“饱和激励”，将激励效果提升至极限，其主要用于一些特殊工艺成型的纤维增强复合材料、晶粒粗大或晶界各向异性的金属材料如铸钢件和钨铜合金等。
【IPC分类】B06B1/04
【公开号】CN105107705
【申请号】CN201510519134
【发明人】何双起, 赵建华, 纪轩荣, 陈颖, 林学武
【申请人】航天材料及工艺研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月21日