专利名称：超声波换能器锥体形超波导振动子的制作方法
技术领域：
本实用新型是用于超声波换能器的超波导振动子，特别涉及对其结构的改进。
背景技术：
超声波换能器是应用在超声波流量计中，一般有两个为一组，相互交替发射和接收超声波声能，即发射换能器A和接受换能器B。每台超声波流量计可以有一组换能器或多组换能器。换能器中最关键的压电元件是振动子。目前换能器中的振动子的结构均为柱形， 即柱体形振动子。其形成的声场为柱形声场，柱形声场的技术，也称为波导技术。柱形声场有如下三个缺点其一柱型声场的声能传输能力与传输距离成反比，即每增加一倍传输距离,声能减少3dB (分贝)。其二 柱形声场中，柱形振动子的发射面积与接收面积是一样的。上述缺点，会使接受换能器中接受到的声能信号强度太弱，以至无法正常工作。目前采取的方法，是加大发射换能器的发射信号的强度，也即加大产生发射信号的激励电压。 如此，又将在电路设计和防爆设计中产生新的问题。其三当柱形振动子在激励电压激励下产生振动时，其向前产生的声能(有用信号)和向后产生的声能(有害信号/即外传信号)，其能量是相同的。该缺点会产生较大的有害信号(B卩外传信号)。该有害信号会产生相应的干扰信号，从而影响正常的测量精度和测量范围，尤其是在小流量测量范围段。
实用新型内容为克服上述已有技术存在的缺点，本实用新型提供一种改进的用于超声波换能器使用的超波导振动子。一种超声波换能器锥体形超波导振动子，其特征在于，振动子形状为锥体形状。所述的锥体形超波导振动子，可以是其截面为圆形的圆锥体超波导振动子，或可以是其截面为方形的方形锥体超波导振动子。采用锥形体超波导振动子设计而成的超声波换能器，可以建立一个大大优于柱形声场的新声场一锥形声场。为有别于柱形声场的波导技术，将锥形声场的技术称之为超波导技术。锥形声场的优点有其一锥型声场的声能传输能力与传输距离的二次方根成反比，即每增加一倍传输距离，声能减少I. 5dB (分贝)。即锥形声场中，超声波声能的衰减要低于柱形声场I. 5dB (分贝);即超波导换能器接收到信号强度是柱形声场换能器的L//2倍，L1是超声波测量途径的路程。其二 其锥体的锥度为5 20，锥体小端到锥体顶点的距离，按超声波发射换能器到超声波接收换能器的直线距离来计算。锥体形振动子的信号接收面积为锥形的顶部1，其信号发射面积为锥形的小端2， 发射面积与接收面积的比值即锥度可在5 20之间。这样，采用如此的锥体形超波导振动子而制作的超波导发射换能器，在其工作时，其所发射的声能在到达接收换能器时，其声能将聚焦在一条线或近似线面积的锥形顶部1，其锥体形振动子的接收信号的声压是柱体形振动子的5 20倍。综上两者，采用本实用新型锥体形超波导振动子，则换能器接收到的声能信号强度，是原柱形声场的(10 20) L//2倍或更多。计算、加工、装配的越精确，其声能接收点的线面积就越小，其接收到得声能信号强度就越强。其三采用本实用新型锥体形超波导振动子而制作的超波导发射换能器，在其工作时，其向后发射的外传信号(有害信号)，其衰减的方式相当于发散声场(即点声源，也即发散声束声源)，其声能传输能力与传输距离的平方成反比，即每增加一倍传输距离，声能减少6dB (分贝)，也就是说，外传信号的衰减是柱形声场的L2倍，L2是超声波外传的路程。
附图I是本实用新型锥体形超波导振动子结构示意图。附图2是附图I的左视图。锥体形超波导振动子截面为方形结构。附图3是附图I的左视图。锥体形超波导振动子截面为圆形结构。I :锥体形超波导振动子的锥形的顶部。2 :锥体形超波导振动子的锥形的小端。3 :锥体形超波导振动子的锥形的大端。4 :截面为方形锥体形超波导振动子。5 :截面为圆形锥体形超波导振动子。d为方形锥体小端边长或圆形锥体小端直径。D为方形锥体大端底边长或圆形锥体大端底直径。h为锥体厚度，即沿锥体方向的长度。
具体实施方式
实施例I一种用于超声波换能器的锥体形超波导振动子，其锥体截面为方形。锥型声场的原理，是采用锥体形状的超波导振动子，并根据不同口径和不同测量位置，精确计算出其声场的焦距，并由其焦距反推出锥体形超波导振动子的锥体几何尺寸， 即，锥体小端边长d、大端边长D、厚度h (沿锥体方向的长度)，进行定制。经过大量的试验和理论计算，锥体形超波导振动子4的一个主要的技术参数为径厚比=锥体小端边长d / 厚度h应该在2. 5—3之间。其锥体的锥度为5 20，锥体小端到锥体顶点的距离，按超声波发射换能器到超声波接收换能器的直线距离来计算。如采用截面为方形锥体形超波导振动子，其小端边长d为10mm，则其发射面积为 100 mm2,如接收换能器的接收面积设计为2 X 10mm2，超声波传输所途径的路程为100mm，其他参数不变则接收点所接收到的声波有效信号能量为柱形振动子1001/2X 10/2=50倍。而在方形锥体形超波导振动子向后(沿椎体的发散方向)同样距离IOOmm的点上，其他參数不变，其有害信号(外传信号)为柱形振动子的100之一。实施例2一种用于超声波换能器的锥体形超波导振动子，其锥体截面为圆形。截面为圆形锥体形超波导振动子5的ー个主要的技术參数为径厚比=锥体小端直径d/厚度h应该在
2.5— 3之间。其锥体的锥度为5 20，锥体小端到锥体顶点的距离，按超声波发射换能器到超声波接收换能器的直线距离来计算。如采用圆锥体超波导振动子，其锥体小端直径d为10mm，则其发射面积为 Ji X5W,如接收换能器的接收面积设计为IX 8_2，超声波传输所途径的路程为100_，其他參数不变，则接收点所接收到的声波有效信号能量为柱形振动子1001/2X Ji X52/l=78. 5 倍。而在圆形锥体形超波导振动子向后(沿椎体的发散方向)同样距离IOOmm的点上，其他參数不变，其有害信号(外传信号)为柱形振动子的100之一。
权利要求1.ー种超声波换能器锥体形超波导振动子，其特征在于，振动子形状为锥体形状。
2 按照权利I所述的超声波换能器锥体形超波导振动子，其特征在于，所述的锥体形超波导振动子，可以是其截面为圆形的圆锥体超波导振动子，或可以是其截面为方形的方形锥体超波导振动子。
3.按照权利I或2所述的超声波换能器锥体形超波导振动子，其特征在于，所述方形锥体形超波导振动子的小端边长d /厚度h为2. 5 3。
4.按照权利I或2所述的超声波换能器锥体形超波导振动子，其特征在于，所述圆锥体超波导振动子的小端直径d /厚度h为2. 5 3。
5.按照权利I或2所述的超声波换能器锥体形超波导振动子，其特征在于，其锥体的锥度为5 20，锥体小端到锥体顶点的距离，按超声波发射换能器到超声波接收换能器的直线距离来计算。
6.按照权利3所述的超声波换能器锥体形超波导振动子，其特征在于，其锥体的锥度为5 20，锥体小端到锥体顶点的距离，按超声波发射换能器到超声波接收换能器的直线距离来计算。
7.按照权利4所述的超声波换能器锥体形超波导振动子，其特征在干，其锥体的锥度为5 20，锥体小端到锥体顶点的距离，按超声波发射换能器到超声波接收换能器的直线距离来计算。
专利摘要一种超声波换能器锥体形超波导振动子，振动子形状为锥体形状。所述的锥体形超波导振动子，可以是其截面为圆形的圆锥体超波导振动子，或可以是其截面为方形的方形锥体超波导振动子。采用锥形体超波导振动子设计而成的超声波换能器，可以建立一个大大优于柱形声场的新声场－锥形声场。锥型声场的声能传输能力与传输距离的二次方根成反比，即每增加一倍传输距离，声能减少1.5dB(分贝)。换能器接收到的声能信号强度，是原柱形声场的(10～20)L11/2倍或更多。超波导发射换能器在工作时，其向后发射的外传信号，其衰减的方式相当于发散声场，其声能传输能力与传输距离的平方成反比，即每增加一倍传输距离，声能减少6dB(分贝)。
文档编号H04R17/00GK202353805SQ20112024861
公开日2012年7月25日 申请日期2011年7月14日 优先权日2011年7月14日
发明者王江 申请人:上海一诺仪表有限公司