专利名称：超声换能器测试装置的制作方法
技术领域：
超声换能器测试装置，涉及对在工况条件下的换能器工作状态的检测技术；尤其涉及到压电陶瓷换能器工况条件下的性能检测技术，适用于对各种超声换能器的检测。
背景技术：
超声换能器是实现声能与电能相互转换的部件，最早的超声换能器是P.朗之万 (P.Langevin)在1917年为水下探测设计的夹心式换能器。1933年以后出现了叠片型磁致伸缩换能器，强度高、稳定性好、功率容量大、迅速取代了当时的郎之万换能器。到了 50年代，由于各种压电材料的研制成功，使郎之万型超声换能器再度兴起。目前超声换能器的应用范围很广，且对超声测量精度、测量范围、测量功率以及器件的微小程度的要求越来越高，其发展方向为大功率、低压驱动、高频、薄膜化、微型化、集成化的趋势。超声换能器历来是各种超声技术应用的关键部件。超声换能器测试装置主要是针对换能器在未装表之前， 在不同的压力下，各个压力点发射性能和接收的性能参数在一定的变化量范围内是否具有一致性？同时根据数据进行换能器振子配对和筛选。目前对换能器的检测采用常压状态检测配对，不能有效地考核换能器在不同压力下的性能，待安装在产品表体上再做压力测试，影响换能器配对效率和规模化生产。
发明内容本实用新型目的在于，提供一种操作简便、安全、可靠，能够模拟在工况条件下检测换能器在压力变化对换能器性能的影响，进行换能器振子配对和筛选的超声换能器测量
直ο本实用新型测试装置主要由换能器高压测量筒体、高精度超声换能器特性测试仪、高精度压力变送器、高精度温压变送器、气体增压装置、计算单元组成。气体增压装置由驱动气源、氮气瓶和真空泵组成，在计算单元中载入超声换能器检测软件。本实用新型中的高压测量筒体依据国家《GB/T150-1998钢制压力容器》标准设计制造以保证高压测量筒体的安全可靠。换能器高压测量筒体通过连接螺栓螺母，法兰固定在支架上；高精度压力变送器，进气阀，安全阀，高精度温度变送器和对应设置的若干对换能器座密封固定在换能器高压测量筒体的上部，若干对被检换能器固定在换能器座内， 真空排气阀，排气阀密封固定在换能器高压测量筒体的下部，真空排气阀与真空泵连接，进气阀与氮气瓶和驱动气源连接；被检换能器、高精度压力变送器，高精度温度变送由电缆线与高精度超声换能器特性测试仪电路连接，高精度超声换能器特性测试仪上的通讯端口用 RS232数据线与计算单元连接。本实用新型换能器测试装置工作时，将多对被检测换能器按组对应固定装到换能器座内，并测量出每对换能器的距离L，启动真空泵，将换能器高压测量筒体中尽量抽为真空，压力变送器输出值为一个设定的负压值后关闭真空排气阀，然后打开进气阀，充入 99. 9%纯氮气，使换能器高压测量筒体内部承受OMPa的压力，同时要检测量换能器高压测量筒体不漏气，接着启动高精度超声换能器特性测试仪和计算单元。模拟在工况压力条件下检测被检换能器的性能，通过循环或逐步升压的方式检测每个压力状态点，对每对换能器交替发射和接受信号，分别记录每个压力状态点的压力，由计算单元的检测软件直接读出换能器在每压力点的首波、次波、三波、峰峰值、频率信号、频率特性曲线图。升压检测结束后，通过循环或逐步方式检测每个压力状态点，对每对换能器交替发射和接受信号，分别记录每个压力状态点的压力，由计算单元计算出每压力点换能器的首波、次波、三波、峰峰值、频率信号、频率特性曲线图。测试发射输出声压时，以一个宽带接收换能器为标准，信号发生器发出不同频率、 相同电压的信号激励发射换能器发出声信号，标准接收换能器接收到相应的幅值信号，通过计算单元的检测软件绘出相应的频率特性曲线图，从而得到被检换能器的发射输出频率特性。测试接收灵敏度时，以一个宽带发射换能器为标准，信号发生器发出信号激励标准发射换能器，标准发射换能器发出频率不同、声压相同的声信号，接收换能器接收到相应的幅值信号，通过计算单元的检测软件绘出相应的频率特性曲线图，从而得到被检换能器的接收灵敏度特性。对换能器的筛选和配对，根据检测结果，找出三波和峰值相同或相近的两个换能器，对其测试信号，比对三波和峰值，确保比值在设定的范围内，即可配对。检测结束后，先逐渐排放掉高压测量筒体内的氮气，释放筒体内的压力后，再将被检测换能器从换能器座上卸掉。本实用新型的优点是在充分模拟工况条件下对换能器进行检查，能事先加工和检测换能器在压力变化时的配对性能，换能器的性能更接近实际，实现了换能器在未装入检测仪器之前的性能检测，有效减少了生产调试的周期，提高规模生产的效率。经过高精度超声换能器特性测试仪的RSU2/RS485通讯口，将被检测换能器各个声道参数传输到计算单元，可实时对比检测数值，改变了超声换能器在常压状态检测配对的方法，有效地提高了换能器在不同压力变化状况下对性能影响的测试，改变了以往换能器单对检测，实现了多对换能器同时检测，提高了换能器配对的效率，有利于规模化国产换能器的生产，本实用新型还实现了气源和测试装置分离，测试人员和测试装置分离，从而保证了试验人员在设备压力状态下的安全，并且操作筒便、安全、可靠。
图1.超声换能器测试装置连接示意图，图2.换能器高压测量筒体示意图，图3.被检换能器示意图，其中换能器高压测量筒体1，换能器座2，高精度压力变送器3，进气阀4，安全阀 5，高精度温度变送器6，真空排气阀7，排气阀8，高精度超声换能器特性测试仪9，计算单元 10，氮气瓶11，驱动气源12，真空泵13，被检换能器14，连接螺栓螺母15，法兰16，支架17。
具体实施方式
结合附图对本实用新型作进一步的描述。换能器高压测量筒体1通过连接螺栓螺母15，法兰16固定在支架17上。高精度压力变送器3，进气阀4，安全阀5，高精度温度变送器6和若干对对应设置的换能器座2密封固定在换能器高压测量筒体1的上部，被检换能器14固定在换能器座2内，真空排气阀7，排气阀8密封固定在换能器高压测量筒体1 的下部。被检换能器14与高精度压力变送器3，高精度温度变送6由电缆线与高精度超声换能器特性测试仪9电路连接，高精度超声换能器特性测试仪9上的通讯端口用RS232数据线与计算单元10连接，在计算单10中载入换能器检测软件。气体增压装置由驱动气源 12、氮气瓶11和真空泵13组成，真空排气阀7与真空泵13连接，进气阀4与氮气瓶11和驱动气源12连接。本实用新型工作时，将被检测换能器14按组对应固定换能器座2内，并测量出每对换能器的距离L，启动真空泵13，将换能器高压测量筒体1中尽量抽为真空，压力变送器输出值为一个设定的负压值后关闭真空排气阀7，然后打开进气阀4，充入99. 9%纯氮气， 并使换能器高压测量筒体1内部承受OMPa的压力，同时要检测量换能器高压测量筒体1不漏气。接着启动高精度超声换能器特性测试仪9和计算单元10，模拟在工况条件下检测被
检换能器14的性能，升压检测逐步从0、2、5、10......至最大额定压力(kg)压力状态点，
对每对换能器交替发射和接受信号，等待压力温度稳定后读取测试数值，分别记录每个压力状态点的压力，由计算单元10的检测软件直接读出换能器在每压力点的首波、次波、三波、峰峰值、频率信号、频率特性曲线图。升压检测结束后，降压检测逐步从最大额定压力
(kg).......10、5、2、0(kg)压力状态点，对每对换能器交替发射和接受信号，等待压力温度
稳定后，读取测试数值，分别记录每个压力状态点的压力，由计算单元10计算出每压力点换能器的首波、次波、三波、峰峰值、频率信号、频率特性曲线图。测试发射输出声压时，以一个宽带接收换能器为标准，信号发生器发出不同频率、 相同电压的信号激励发射换能器发出声信号，标准接收换能器接收到相应的幅值信号，通过计算单元10的检测软件绘出相应的频率特性曲线图，从而得到被检换能器14的发射输出频率特性。测试接收灵敏度时，以一个宽带发射换能器为标准，信号发生器发出信号激励标准发射换能器，标准发射换能器发出频率不同、声压相同的声信号，接收换能器接收到相应的幅值信号，通过计算单元10的检测软件绘出相应的频率特性曲线图，从而得到被检换能器14的接收灵敏度特性。对被检换能器的筛选和配对，根据检测结果，找出三波和峰值相同或相近的两个被检换能器，对其测试信号，比对三波和峰值，确保比值在设定的范围内，即可配对。检测结束后，先逐渐排放掉换能器高压测量筒体1内的氮气，释放筒体内的压力后，再将被检测换能器14从换能器座2上卸掉，结束换能器检测和配对工作。
权利要求1.超声换能器测试装置，由换能器高压测量筒体(1)、高精度压力变送器(3)、高精度温压变送器(6)、高精度超声换能器特性测试仪(9)、气体增压装置、计算单元(10)组成，其特征在于换能器高压测量筒体(1)通过连接螺栓螺母(15)，法兰(16)固定在支架(17)上； 高精度压力变送器(3)，进气阀(4)，安全阀(5)，高精度温度变送器(6)和对应设置的换能器座(2)密封固定在换能器高压测量筒体(1)的上部，被检换能器(14)固定在换能器座(2) 内，真空排气阀(7)，排气阀(8)密封固定在换能器高压测量筒体(1)的下部，真空排气阀 (7)与真空泵(13)连接，进气阀(4)与氮气瓶(11)和驱动气源(12)连接；被检换能器(14) 与高精度压力变送器(3)，高精度温度变送(6)由电缆线与高精度超声换能器特性测试仪 (9 )电路连接，高精度超声换能器特性测试仪(9 )上的通讯端口用RS232数据线与计算单元 (10)连接。
专利摘要超声换能器测试装置，涉及对在工况条件下的换能器工作状态的检测技术；尤其涉及到压电陶瓷换能器工况条件下的性能检测技术，适用于对各种超声换能器的检测。本实用新型装置由换能器高压测量筒体(1)、高精度压力变送器(3)、高精度温压变送器(6)、高精度超声换能器特性测试仪(9)、气体增压装置、计算单元(10)组成，通过模拟工况条件可同时对多对换能器进行检测，实现了换能器在未装入检测仪器之前的性能检测，有效减少了生产调试的周期，提高了换能器筛选配对的效率，有利于规模化国产换能器的生产，本实用新型装置实现了气源和测试装置分离，测试人员和测试装置分离，保证了试验人员在设备压力状态下的安全，操作简便、安全、可靠。
文档编号H04R29/00GK202103853SQ20112013827
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者李巧英, 邱亿忠 申请人:上海中核维思仪器仪表有限公司