专利名称：超声波液体密度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于医用传感器，它是一种电声器件，是测量液体密度的一种敏感元件，特别是动态测量血液密度的一种敏感元件。
在1989年“声材料作用杂志”第4卷1-3期上(Journal of Wave-MaterialInteraction，Vol4，No1-3，1989)发表了题为“典型的微波声流体传感器”，该传感器由叉指换能器，及与之严格平行的玻璃板和吸声材料组成，叉指换能器的两端各有一组叉指电极，待测液体通过毛细作用束缚在玻璃板和叉指换能器之间，其不足之处在于它只能静态测量液体密度，由于采用声波导方式，要求与液体相接触的叉指换能器及玻璃板相对的两面严格保持平行，且必须有很高的光洁度，制作困难，超声波在液体内经多次反射后，衰减很大，不能测量诸如血液之类的粘性液体。
本实用新型的目的在于提供一种测量分辨率高，待测液体容积小，测量响应快，可用于液体密度动态测量，特别是血液密度动态测量的超声波液体密度传感器。
为实现上述发明目的，本实用新型的技术方案是在现有技术的基础上由成对叉指换能器[1]、[2]和侧板[7]构成了液体的封闭测量腔体，叉指换能器用吸声材料[4]装在相对的平行板上，其上的叉指电极相对并相互错开，叉指电极位于测量腔内，腔体的两侧连接有液体流入和流出的插管[8]，每个叉指换能器压电晶体上的一端制作有具有防腐性能的叉指电极[5]，在液体测量腔的上下压电晶体表面上有一层金属膜。一个叉指电极经电极引线[3]连接超声波发生器[9]，另一个叉指电极经电极引线[3]连接相位检测器[10]。
为实现上述发明目的，本实用新型采取的措施是压电晶体的厚度为0.5至1.5毫米，叉指电极的指对数为50至200，电极周期为40至100微米，两个换能器之间的垂直距离为0.5至2毫米，侧板[7]的形状为弧形。
本实用新型相比现有技术具有如下优点测量分辨率高，大于10-6克/毫升，待测血液容量小，小于0.2毫升，测量响应快，不受采样频率的限制，所用超声信号频率较低，适于液体密度动态测量，特别是血液密度的动态测量。
图1为图2的A-A剖面图；图2为图1的B-B剖面图；图1、图2中[1]和[2]各为叉指换能器，[3]为电极引线，[4]为吸声材料，[5]为叉指电极，[6]为压电晶体，[7]为侧板，[8]为插管，[9]为超声波发生器，[10]为检相器。
以下结合附图1、2说明如下本实用新型工作时，超声波发生器输出23.5MHz的高频信号去激励输入叉指换能器，通过合理地选择压电晶体的材料、厚度、切割方式及被测血液厚度，使输入叉指换能器产生的超声波主要向血液内传播，本实用新型采用的压电晶体材料为铌酸锂，压电晶体的厚度为0.5至1.5毫米，其中1毫米为最佳厚度，压电晶体的切割方式为YZ切割，即Y向切割Z向传播，压电晶体上制作的叉指电极的指对数为50至200，其中最佳指对数为100，电极周期为40至100微米，其中最佳电极周期为60微米，两个叉指换能器之间的垂直距离(即待度)为0.5至2毫米，其中最佳间距为1.5毫米，由输入叉指换能器产生的超声波在血液中传播时，超声信号相位的变化与血液密度有着确定的关系。经血液传播后的超声信号到达接收叉指换能器，接收叉指换能器的输出经引线进入检相器，检相器测得的是与血液密度相关的相位差Δ，经换算即可求得待测血液密度。对于象血液这样具有腐蚀性的液体介质，采用了具有防腐性能的叉指电极，为消除电解质溶液中离子对声传播的影响，与被测液体相接触的两个压电晶体的表面进行了金属镀膜处理。为使待测液体以层流方式流动，采用了弧形侧板。由于采用了小尺寸的叉指换能器，它与侧板构成的测量腔容量很小，一般小于0.2毫升，特别适于动态测量血液密度，采用了相位检测技术，测量的分辨率很高，采用了声波一次透射的方式，声传播衰减很小，测量响应快。
权利要求1.超声波液体密度传感器，包括叉指换能器[1]、[2]，电极引线[3]，吸声材料[4]，叉指换能器[1]、[2]是指在压电晶体[6]的表面上制作有叉指电极[5]，其特征是由成对叉指换能器[1]、[2]和侧板[7]构成了液体的封闭测量腔体，叉指换能器用吸声材料[4]装在相对的平行板上，其上的叉指电极相对并相互错开，叉指电极位于测量腔内，腔体的两侧连接有液体流入和流出的插管[8]，每个叉指换能器压电晶体上的一端制作有具有防腐性能的叉指电极[5]，在液体测量腔的上下压电晶体表面上有一层金属膜。一个叉指电极经电极引线[3]连接超声波发生器[9]，另一个叉指电极经电极引线[3]连接相位检测器[10]。
2.根据权利要求1所述的超声波液体密度传感器，其特征在于压电晶体的厚度为0.5至1.5毫米，叉指电极的指对数为50至200，电极周期为40至100微米，两个换能器之间的垂直距离为0.5至2毫米，侧板[7]的形状为弧形。
专利摘要超声波液体密度传感器,为医用传感器,由一对叉指换能器和侧板组成封闭的测量腔体,叉指换能器装在相对平行的板上,其上的叉指电极相对并相互错开,腔内的叉指电极具有防腐性能,与待测液体相接触的压电晶体的表面有一层金属膜,叉指电极经电极引线分别连接超声波发生器和检相器,由于测量腔容积小,适于动态测量微量液体密度,特别适宜动态测量血液密度,因为采用了相位检测技术,测量的分别率高。
文档编号G01N9/24GK2372684SQ99230869
公开日2000年4月5日 申请日期1999年1月26日 优先权日1999年1月26日
发明者蔡绍皙, 吕霞付, 邓明晰, 舒红宇, 段铭, 吴西 申请人:重庆大学