專利名稱：一種全封閉型超聲波換能器的制作方法
技術領域：
本實用新型公開了一種全封閉型超聲波換能器，具體地講是涉及一種工業測距用超聲波換能器，特別是涉及利用超聲反射原理和測距定位原理測量液體或固體位置的超聲物位計所使用的超聲波換能器。
現有
背景技術：
中，公知的測距用超聲波換能器，一般為下面幾種形式1.壓電晶體直接換能型由平面形或酒杯形的壓電晶體直接發射或接收超聲波，由于壓電晶體的金屬電極與周圍環境直接接觸，所以在腐蝕性液體中及在潮濕或含有腐蝕性氣體的環境中不能使用。
2.金屬封閉型是將壓電晶體的一個金屬電極做成密封殼體形式，把壓電晶體的中間部分壓電陶瓷及另一金屬電極密封起來，由于殼體材質多為銅或者不銹鋼，在酸性環境中不能使用。
3.防腐封閉型將壓電晶體完全用特種非剛性的橡膠或塑料包裹起來，保證在酸性環境中正常使用。
上述公知的1、2兩種超聲波換能器，因不耐腐蝕性液體和氣體的腐蝕，在測量酸堿液位時不能使用。目前已公開的各種防腐密封型換能器，由于壓電晶體外表包覆有與其它聲波傳播介質聲學性能差異很大的柔性防腐材料，在發射和接收超聲波過程中，有相當部分能量被防腐層吸收或反射而損失掉。使得換能器的電／聲轉換效率、接收靈敏度大大下降，測試盲區也較大，通常達0.5～1.2m，因此不得不使用較高的驅動電壓和驅動功率，造成驅動電路的復雜化。由于防腐材料(特別是塑料)與壓電晶體結合比較困難，而且防腐層的厚度對超聲波的衰減有很大影響，因此防腐型換能器的制作工藝十分復雜。有時在單個換能器的靈敏度難以提高的情況下，為了得到較大探測距離，常常使用多個換能器排成陣列形式同時發射超聲波，使得換能器自身體積龐大，制造成本增加，安裝十分不便。
同時以上三種超聲波換能器由于在腐蝕性環境中無法實現對外界電磁場的屏蔽，使得換能器在較強電磁場環境中不能正常使用。
本實用新型的目的是提供一種新型的全封閉超聲波換能器，該換能器直接將壓電晶體固定在剛性的耐腐蝕的非金屬殼體前蓋后部，同時加入金屬屏蔽網，徹底消除外界電磁場的干擾。本換能器克服了現有公知的全封閉型換能器上述各項之不足，具有很好的防腐性能，很高的靈敏度，很小的盲區，構造和制作工藝也十分簡單。
本換能器中，壓電晶體與殼體密封前蓋固定在一起，前蓋由剛性的耐腐蝕材料加工形成。前蓋內部加有金屬屏蔽網，與壓電晶體周圍的其它屏蔽網連在一起。殼體后端裝有密封后蓋，后蓋與壓電晶體保持有一定的間隔，由吸聲材料(如海棉)所填充。上述換能器結構，改變了現有防腐型換能器——壓電晶體外包覆柔性耐腐蝕材料層的結構形式，采用剛性耐腐蝕材料將壓電晶體密封起來，不僅能夠保持超聲波的傳輸性能不變，更重要的是避免了已有技術中，超聲波在金屬板面與耐腐蝕層之間的反射損失，從而大大地提高了換能器的傳輸效率和靈敏程度，而且可以保證換能器具有很好的密封性能及耐腐蝕性能。
本實用新型采用的技術手段十分簡單，但其效果是極為明顯的。采用同樣的壓電晶體和測試條件，當被測對象為液面、測試距離選定為3.0m時，公知的橡膠防腐封裝狀態下測試結果與改用本實用新型方案封裝測試結果對比，本換能器的測試靈敏度可提高幾十倍。具體測試數據見下表
由上表測試結果對比可以看出，上述結構設計其使用效果是特別令人滿意的。因此可以說，本實用新型的完成為工業物位測量提供了一種理想的測距用超聲波換能器。
以下結合附圖
，介紹本實用新型具體實施例。
附圖中，換能器的圓筒形或長方形殼體［1］，可以由任一種耐腐蝕的剛性非金屬材料構成，如塑料。壓電晶體［4］的其中一個電極［3］固定在殼體前蓋［2］的后部，殼體前蓋可以由任一種能夠與前電極牢固粘結的剛性非金屬耐腐蝕材料加工形成，如有機玻璃、陶瓷、環氧樹脂或與其它物質形成的混合體。前蓋的厚度可在0.5～30.0cm之間。殼體后蓋［7］與壓電晶體［4］之間應有明顯的間隙(＞2.0cm)，其中填滿吸聲材料6，如海綿，其作用在于減小測量盲區。殼體后蓋［7］也應是由耐腐蝕的非金屬材料構成，在外引線接好后應進行良好的密封，防止腐蝕性氣體進入換能器內部。在壓電晶體的周圍安裝有金屬屏蔽網［8］，屏蔽網的一部分封裝在殼體前蓋［2］內部，使屏蔽網與壓電晶體之間保持有一定的間隙，消除外界電磁場的影響。
在附圖中可以看到，整個換能器外殼及前后蓋皆由耐酸堿腐蝕的材料構成，殼體［1］內壁與前蓋接觸部位進行了粗糙化處理，以增加與前蓋的粘合強度。全封閉的結構使之具有良好的防腐性能，可在惡劣的工作環境中長期正常應用。由于殼體前蓋與壓電晶體粘結十分緊密可靠，使能量轉換效率大大提高。
本實用新型結構簡單，造價低，但是靈敏度高、盲區小，密封及防腐性能優越，因此可在各種環境中使用。
權利要求1.一種全封閉的超聲波換能器，由剛性非金屬殼體[1]及密封在殼體中的壓電晶體[4]構成，其特征在于所說的壓電晶體[4]的其中一個電極[3]固定在殼體前蓋[2]后部，殼體前蓋[2]由非單一的剛性的非金屬防腐材質構成。
2.根據權利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于殼體后蓋［7］與壓電晶體［4］之間存在明顯的間隙。
3.根據權利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于殼體后蓋［7］與壓電晶體［4］之間填充有吸聲材料［6］。
4.根據權利要求1所述的超聲波換能器，其特征在于壓電晶體［4］周圍加有金屬屏蔽網［8］。
專利摘要一種用于液體或空氣中測量物位的超聲波換能器，其結構采用全封閉方式，由剛性非金屬殼體及密封在殼體中的壓電晶體構成。本實用新型采用簡單的結構形式，取得了很高的靈敏度和很小的盲區，與現有的各種公知密封型換能器比較，可提高檢測靈敏度幾十倍以上，同時防腐性能更為優越，是一種適于各種環境中用反射測距法測量物位的超聲波換能器。
文檔編號G01S7/52GK2166466SQ9321668
公開日1994年5月25日 申請日期1993年6月23日 優先權日1993年6月23日
發明者畢衛軍 申請人:董志偉