一种压电超声空耦换能器探头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种压电超声空耦换能器探头，包括探头外壳，所述探头外壳内具有容置空间；匹配层，所述匹配层设置在探头外壳的第一端，所述匹配层的其中一面位于容置空间内，所述匹配层具有若干层且每一层匹配层均内置在空置空间内，每层以浇注空心玻璃珠含量梯度分布；背衬层，所述背衬层内置在容置空间且设置在其中一层匹配层上。改善了传统空气耦合式超声换能器探头的多方面问题,避免了存在有影响声阻抗匹配效果与拖尾超声波吸收的问题，而且整体结构设计便于实际生产流程，提高产品良率。良率。良率。

【技术实现步骤摘要】
一种压电超声空耦换能器探头


[0001]本技术涉及无接触式无损探头领域，具体是基于梯度多层匹配层的压电超声空耦换能器探头。

技术介绍

[0002]空气耦合超声检测技术能够对多种材料进行快速的检测，现有技术中存在相似的结构有如下三处敏感元件、匹配层、背衬层。其中，现有的拥有较高的声阻抗，约为34
‑
40MRayl，较高的工作频率(超过600kHz)；现有的拥有较低的声阻抗，约为1
‑
5MRayl，但其制备流程与加工过程较为复杂，且实际使用过程中需要使用粘结剂连接到的表面，粘结剂的使用会降低发射与接收超声波的能力，且粘结剂的引入难以定量，给传感器的制备带来困难；现有的多为较简易的均质材料，其声阻抗(约为4
‑
20MRayl)与声衰减(约为5
‑
20Db/cm)无法人为调控，造成激发信号拖尾严重，使传感器灵敏度降低且给传感器整体优化设计带来了困难。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术方案的不足，本技术提供一种压电超声空耦换能器探头。
[0004]本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005]一种压电超声空耦换能器探头，包括：
[0006]探头外壳，所述探头外壳内具有容置空间；
[0007]匹配层，所述匹配层设置在探头外壳的第一端，所述匹配层的其中一面位于容置空间内，所述匹配层具有若干层且每一层匹配层均内置在空置空间内，每层以浇注空心玻璃珠含量梯度分布
[0008]背衬层，所述背衬层内置在容置空间且设置在其中一层匹配层上。
[0009]作为本技术一种优选的技术方案,还包括压电复合层，所述压电复合层内置在容置空间，所述压电复合层位于匹配层与背衬层之间。
[0010]作为本技术一种优选的技术方案,还包括封装树脂，所述封装树脂密封内置在压电复合层与容置空间的侧壁之间。
[0011]作为本技术一种优选的技术方案,所述探头外壳还包括铜套筒，所述铜套筒内置在容置空间，用于套置背衬层和封装树脂的外侧表面。
[0012]作为本技术一种优选的技术方案,所述探头外壳还包括塑料套筒，所述塑料套筒内置在容置空间且位于背衬层与铜套筒之间，用于套置背衬层。
[0013]作为本技术一种优选的技术方案,还包括BNC接头和正负电极，所述BNC接头设置在探头外壳的第二端，所述BNC接头的一部分延伸入容置空间内，所述正负电极的第一端连接于BNC接头，第二端连接于压电复合层。
[0014]作为本技术一种优选的技术方案,所述探头外壳为铝合金头外壳。
[0015]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0016]改善了传统空气耦合式超声换能器探头的多方面问题,避免了存在有影响声阻抗匹配效果与拖尾超声波吸收的问题，而且整体结构设计便于实际生产流程，提高产品良率。
附图说明
[0017]图1是本技术实施例的结构示意图。
[0018]图中标号:
[0019]1‑
探头外壳，11
‑
容置空间，2
‑
匹配层，3
‑
背衬层，4
‑
压电复合层，5
‑
封装树脂，6
‑
铜套筒，7
‑
塑料套筒，8
‑
BNC接头，81
‑
正负电极。
具体实施方式
[0020]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0021]本技术提供了一种压电超声空耦换能器探头，简化了制备过程，优化了传统工艺带来的问题，能让探头的带宽增加的同时拥有较好的灵敏度。同时利用多层浇注空心玻璃珠含量梯度分布的多层匹配层2、使复合陶瓷敏感元的阻抗与空气阻抗实现平稳过渡。根据附图1中所示出，具体结构包括：
[0022]探头外壳1，本实施例的探头外壳1内具有容置空间11，用于内置探头的内部元件。
[0023]匹配层2，本实施例的匹配层2设置在探头外壳1的第一端，匹配层2的其中一面位于容置空间11内，另外一面是朝向外面。
[0024]匹配层2具有若干层且每一层匹配层2均内置在空置空间内，每层以浇注空心玻璃珠含量梯度分布，从而实现声阻抗轴向梯度分布。利用多层浇注空心玻璃珠含量梯度分布的多层匹配层2、使复合陶瓷敏感元的阻抗与空气阻抗实现平稳过渡，综合性能的取舍均可通过改变设计与制备参数实现。
[0025]背衬层3，本实施例的背衬层3内置在容置空间11且设置在其中一层背衬层3上。
[0026]牺牲模板法背衬的制备方法步骤为A、混料：将环氧树脂加热到60℃增加流动性，再分别加入固化剂与谷氨酸钠晶体，搅拌均匀使部分谷氨酸钠晶体分布在树脂边缘且学习相互联通形成悬浮液；B、除泡：将悬浮液置于0.08MPa的真空干燥箱中15min，除去气泡；C、背衬制备：将压电原件放入模具中，再将除去气泡悬浮液倒入模具，在80℃烘干2h使环氧树脂固化，制备得紧压压电陶瓷片的背衬；D、开孔制备：将复合了背衬的陶瓷片放入水中，将背衬中的谷氨酸钠溶解，从而形成具有开孔结构的背衬。采取直接浇筑固化法施加了匹配层2与背衬层3,避免了粘结剂影响声阻抗匹配效果与拖尾超声波吸收。
[0027]本实施例还包括压电复合层4，压电复合层4内置在容置空间11，压电复合层4位于匹配层2与背衬层3之间，压电复合材料的空耦换能器探头的敏感元件为1
‑
3型压电复合材料构成，通过有限元仿真获取切割所需参数，以及划片机进行切割，使用流动性较好的环氧树脂填充切槽，然后机械加工手段调整尺寸到合适后在其上下两面施加电极。
[0028]本实施例还包括封装树脂5，封装树脂5密封内置在压电复合层4与容置空间11的侧壁之间，利用封装树脂5主要是保护压电复合层4侧面的电极，保护匹配层2的侧面不破
损。
[0029]探头外壳1还包括铜套筒6，铜套筒6内置在容置空间11，用于套置背衬层3和封装树脂5的外侧表面，通过压入的方式套在上述的结构外围，并且在套置封装树脂5后可对匹配层2边缘起保护作用，同时压入的方式便于控制压电复合层4相对于探头外壳1的位置。
[0030]探头外壳1还包括塑料套筒7，塑料套筒7内置在容置空间11且位于背衬层3与铜套筒6之间，用于套置背衬层3，压电复合层4和与匹配层2通过直接浇筑固化法连接,通过在压电复合层4的背后施加塑料套筒7,可便于施加背衬层3。
[0031]本实施例还包括BNC接头8和正负电极81，BNC接头8设置在探头外壳1的第二端，BNC接头8的一部分延伸入容置空间11内，正负电极81的第一端连接于BN本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电超声空耦换能器探头，其特征在于，包括：探头外壳，所述探头外壳内具有容置空间；匹配层，所述匹配层设置在探头外壳的第一端，所述匹配层的其中一面位于容置空间内，所述匹配层具有若干层且每一层匹配层均内置在空置空间内，每层以浇注空心玻璃珠含量梯度分布；背衬层，所述背衬层内置在容置空间且设置在其中一层匹配层上。2.根据权利要求1所述的压电超声空耦换能器探头，其特征在于：还包括压电复合层，所述压电复合层内置在容置空间，所述压电复合层位于匹配层与背衬层之间。3.根据权利要求2所述的压电超声空耦换能器探头，其特征在于：还包括封装树脂，所述封装树脂密封内置在压电复合层与容置空间的侧壁之间。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，周鑫翊，高华昀，凡丽梅，董方旭，刘继军，段剑，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：