【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声波传感器，尤其涉及一种宽频空气超声波传感器。
技术介绍
1、空气超声波传感器是一种利用超声波在空气中的传播特性，来接收声波的设备，其可用于检测物体或测量距离等作业。超声频谱检测利用的是不同频率的超声波在不同介质中的传播和反射特性，通过分析接收到的信号频谱，传感器可以识别物体的材质、形状以及表面特性。这使得空气超声波传感器不仅能够检测物体的存在或距离，还能进行更复杂的材料分析和结构诊断。
2、现有的空气超声波传感器都是固定频带，以中心频率40khz的超声探头为例，其实际频带为39khz～41khz，在某些应用场合需要检测一定宽度的超声波信号，其所需覆盖带宽通常在几十千赫，例如局放检测中通过放电的超声频谱分析确定放电类型，还有气体泄漏检测时，通过超声频谱分析可以确定泄漏的大小等，对于此种需检测超声频谱的应用场景，就需要使用多个传感器，每个传感器设计用于不同的频率范围，通过阵列的方式覆盖宽频范围，或者采用多个性能相同的超声波传感器，以增大对一定宽频范围内的灵敏度，这种方法在复杂环境中尤其有效，但是此种设置需要使用较多的传感器，不利于设备的空间布局，且会增大设备成本。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种宽频空气超声波传感器，通过集成多个不同频带的压电陶瓷片，并设置频率补偿模块，对不同频带压电陶瓷片间的频带进行补偿，以实现几十千赫的宽频声波采集与输出，进而完成在某些应用场景下，由单个传感器进行较宽频带的超声波采集作业，极大方便了设备进行空间布局优化
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种宽频空气超声波传感器，包括壳体、至少两个压电陶瓷片、以及电路板，其中，
3、壳体上开设有若干个采集孔；
4、至少两个压电陶瓷片固定设置在壳体内，且分别对应壳体上的各个采集孔，所述压电陶瓷片通过采集孔采集超声波信号，且至少两个所述压电陶瓷片的频带不同；
5、电路板设置在壳体上，所述电路板包括频率补偿模块与加法输出模块，所述频率补偿模块与加法输出模块均具有信号输入端与信号输出端，所述压电陶瓷片与频率补偿模块的信号输入端电性连接，所述频率补偿模块的信号输出端与加法输出模块的信号输入端电性连接，所述频率补偿模块用于对不同频带的压电陶瓷片进行带宽补偿，以使各个不连续的频带组合形成连续的频带，所述加法输出模块用于对频率补偿模块输出的信号进行加法输出。
6、在以上技术方案的基础上，优选的，还包括柔性基片与吸声片，其中，
7、柔性基片复合设置在各压电陶瓷片的底部，以减小不同谐振频率压电陶瓷片间的相互干挠；
8、吸声片复合设置在柔性基片的底部，所述吸声片用于吸收超声波传导过程中的声能。
9、在以上技术方案的基础上，优选的，所述电路板还包括程控模块，所述程控模块包括控制输出端，所述频率补偿模块包括控制输入端，所述程控模块的控制输出端与频率补偿模块的控制输入端电性连接，以控制频率补偿模块的补偿频带。
10、在以上技术方案的基础上，优选的，所述电路板还包括阻抗匹配模块，所述阻抗匹配模块具有信号输入端与信号输出端，且信号输入端与压电陶瓷片电性连接，信号输出端与频率补偿模块的信号输入端电性连接，所述频率补偿模块与压电陶瓷片通过阻抗匹配模块电性连接，所述阻抗匹配模块用于对压电陶瓷片输出的信号进行阻抗匹配。
11、在以上技术方案的基础上，优选的，所述电路板还包括放大补偿模块，所述放大补偿模块具有信号输入端与信号输出端，所述放大补偿模块的信号输入端与频率补偿模块的信号输出端电性连接，所述放大补偿模块的信号输出端与加法输出模块的信号输入端电性连接，所述加法输出模块与频率补偿模块通过放大补偿模块电性连接。
12、在以上技术方案的基础上，优选的，各个所述压电陶瓷片的频带均不相同，且频带相近的两个所述压电陶瓷片频带相差范围在5-15khz内。
13、进一步优选的，还包括集声器与陶瓷基片，其中，
14、集声器的数量与压电陶瓷片的数量相同，且对应设置在每个压电陶瓷片上，所述集声器与采集孔一一对应，以对声波进行聚焦；
15、陶瓷基片的数量与压电陶瓷片的数量相同，所述陶瓷基片一一对应的设置在压电陶瓷片上，且位于压电陶瓷片与柔性基片之间。
16、进一步优选的，所述阻抗匹配模块包括运放u32、电容c172、电容c175、电容c173、电阻r147、电阻r148与电阻r149，其中，
17、运放u32的引脚4与压电陶瓷片电性连接，引脚5与引脚8分别接正负直流电源，引脚1与引脚6接地；
18、电容c172的一端接地，另一端与运放u32的引脚4电性连接；
19、电容c175的一端接地，另一端与运放u32的引脚4电性连接；
20、电容c173的一端与运放u32的引脚7电性连接，另一端与频率补偿模块(31)的信号输入端电性连接；
21、电阻r147的两端分别与电容c175的两端电性连接；
22、电阻r148的两端分别与运放u32的引脚2和引脚3电性连接；
23、电阻r149的一端接地，另一端与电容c173连接频率补偿模块的一端电性连接。
24、进一步优选的，所述放大补偿模块包括运放u33、电阻r151、电位器w1、电容c177与电阻r152，其中，
25、运放u33的引脚4与频率补偿模块的信号输出端电性连接，引脚5与引脚8分别接正负直流电源，引脚1与引脚6接地；
26、电阻r151的两端分别与运放u33的引脚4与引脚1电性连接；
27、电位器w1的引脚1与运放u33的引脚2电性连接，电位器w1的引脚2和引脚3均与运放u33的引脚3电性连接；
28、电容c177的两端分别与运放u33的引脚7和加法输出模块的信号输入端电性连接；
29、电阻r152的一端接地，另一端与电容c177连接加法输出模块的一端电性连接。
30、在以上技术方案的基础上，优选的，所述加法输出模块包括运放u39，所述运放u39的引脚3与各压电陶瓷片电性连接，以接收全部压电陶瓷片的采集数据。
31、本专利技术的宽频空气超声波传感器相对于现有技术具有以下有益效果：
32、(1)通过集成多个不同频带的压电陶瓷片，并设置频率补偿模块，对不同频带压电陶瓷片间的频带进行补偿，以实现几十千赫的宽频声波采集与输出，进而完成在某些应用场景下，由单个传感器进行较宽频带的超声波采集作业，极大方便了设备进行空间布局优化与设计，也有效降低了对于宽频检测的设备成本；
33、(2)设置柔性基片，通过其具备的隔振特性，可以帮助减少压电晶片在工作时受到的环境振动和噪声干扰，尤其是频率不同的压电陶瓷片之间形成的相互干挠，进而使集成在柔性基片上的压电陶瓷片能够在更为安静的信号环境中工作，提高传感器的信噪比和检本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宽频空气超声波传感器，其特征在于：包括壳体(1)、至少两个压电陶瓷片(2)、以及电路板(3)，其中，
2.如权利要求1所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：还包括柔性基片(4)与吸声片(5)，其中，
3.如权利要求1所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：所述电路板(3)还包括程控模块(33)，所述程控模块(33)包括控制输出端，所述频率补偿模块(31)包括控制输入端，所述程控模块(33)的控制输出端与频率补偿模块(31)的控制输入端电性连接，以控制频率补偿模块(31)的补偿频带。
4.如权利要求1所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：所述电路板(3)还包括阻抗匹配模块(34)，所述阻抗匹配模块(34)具有信号输入端与信号输出端，且信号输入端与压电陶瓷片(2)电性连接，信号输出端与频率补偿模块(31)的信号输入端电性连接，所述频率补偿模块(31)与压电陶瓷片(2)通过阻抗匹配模块(34)电性连接，所述阻抗匹配模块(34)用于对压电陶瓷片(2)输出的信号进行阻抗匹配。
5.如权利要求1所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于
6.如权利要求1所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：各个所述压电陶瓷片(2)的频带均不相同，且频带相近的两个所述压电陶瓷片(2)频带相差范围在5-15kHz内。
7.如权利要求2所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：还包括集声器(6)与陶瓷基片(7)，其中，
8.如权利要求4所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：所述阻抗匹配模块(34)包括运放U32、电容C172、电容C175、电容C173、电阻R147、电阻R148与电阻R149，其中，
9.如权利要求5所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：所述放大补偿模块(35)包括运放U33、电阻R151、电位器W1、电容C177与电阻R152，其中，
10.如权利要求1所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：所述加法输出模块(32)包括运放U39，所述运放U39的引脚3与各压电陶瓷片(2)电性连接，以接收全部压电陶瓷片(2)的采集数据。
...【技术特征摘要】
1.一种宽频空气超声波传感器，其特征在于：包括壳体(1)、至少两个压电陶瓷片(2)、以及电路板(3)，其中，
2.如权利要求1所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：还包括柔性基片(4)与吸声片(5)，其中，
3.如权利要求1所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：所述电路板(3)还包括程控模块(33)，所述程控模块(33)包括控制输出端，所述频率补偿模块(31)包括控制输入端，所述程控模块(33)的控制输出端与频率补偿模块(31)的控制输入端电性连接，以控制频率补偿模块(31)的补偿频带。
4.如权利要求1所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：所述电路板(3)还包括阻抗匹配模块(34)，所述阻抗匹配模块(34)具有信号输入端与信号输出端，且信号输入端与压电陶瓷片(2)电性连接，信号输出端与频率补偿模块(31)的信号输入端电性连接，所述频率补偿模块(31)与压电陶瓷片(2)通过阻抗匹配模块(34)电性连接，所述阻抗匹配模块(34)用于对压电陶瓷片(2)输出的信号进行阻抗匹配。
5.如权利要求1所述的宽频空气超声波传感器，其特征在于：所述电路板(3)还包括放大补偿模块(35)，所述放大补偿模块(35)具有信号输入端与信号输出端，所述放...
【专利技术属性】
技术研发人员：施军文，邹斌，曾百稳，
申请(专利权)人：武汉绿能德精测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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