超聲傳感器技術(shù)概述

      超聲波流量計(jì)是隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展開始廣泛應(yīng)用的一種非接觸式實(shí)時(shí)在線測(cè)量?jī)x表，其安裝于被測(cè)管道的外側(cè)，因此測(cè)量結(jié)果不會(huì)受到流體的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)的影響。

超聲流量計(jì)所用到的換能器，是將一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式能量的裝置，即實(shí)現(xiàn)電能和聲能之間的相互轉(zhuǎn)換。按照實(shí)現(xiàn)換能器機(jī)電轉(zhuǎn)換的物理效應(yīng)的不同，可以將換能器分為電動(dòng)式、電磁式、磁致伸縮式、壓電式等，在眾多的換能器類型中，壓電換能器以其機(jī)電轉(zhuǎn)換效率高（通?？蛇_(dá)到80%左右）；容易成型，可以加工成各種形狀；造價(jià)低廉；性能較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，成為研究與應(yīng)用*為廣泛的超聲換能器之一。

超聲波探頭通常分為直探頭、斜探頭、帶曲率探頭、聚焦探頭、表面波探頭等幾種。為了使聲波入射到管道時(shí)成一定的角度，所以需要采用透聲楔塊，將聲楔和壓電陶瓷片等部件組合起來，封裝在一起，構(gòu)成一個(gè)完成的多普勒超聲斜探頭，如圖所示。

換能器材料種類繁多、各具特色，要根據(jù)實(shí)際需要選擇換能器的材料。一般而言，對(duì)于超聲流量計(jì)的測(cè)量方面，采用的壓電陶瓷需要較高的靈敏度和居里溫度，各種參數(shù)都比較穩(wěn)定，同時(shí)具有較高的介電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)。

多普勒式超聲流量計(jì)的探頭一般采取連續(xù)波的方式激勵(lì)，當(dāng)換能器收到激勵(lì)后，壓電陶瓷按照固有頻率振動(dòng)，并向外輻射超聲波。因此，壓電陶瓷的固有頻率對(duì)于流量測(cè)量起著決定性的作用。一般為了提高精度，選擇高頻率的探頭，但頻率太高，不僅會(huì)增大超聲波在介質(zhì)的衰減，而且會(huì)加大電路設(shè)計(jì)的難度。通常，工業(yè)測(cè)量中用到的頻率范圍為0.5MHZ到2MHZ。另一方面，超聲流量計(jì)的探頭都是成對(duì)匹配的，相互匹配的探頭在物理性質(zhì)是要大致保持一致，現(xiàn)有的加工方法一般有靜態(tài)電容匹配、自耦合匹配等方式，相互匹配的超聲波探頭對(duì)測(cè)量精度和穩(wěn)定性的影響是非常顯著的。

常用的聲楔材料方面，有有機(jī)玻璃、ABS塑料、聚砜等，這些透聲材料的衰減常數(shù)都相當(dāng)小。盡管透聲材料的衰減有利于吸收雜波，但過大衰減使探頭發(fā)射、吸收的超聲波能量在聲楔中損失嚴(yán)重，影響到檢測(cè)精度和效率。因而聲衰減應(yīng)盡量小為好，而雜波回射等問題可以通過合理設(shè)計(jì)透聲楔形狀等措施解決。

綜而言之, 換能器是超聲流量計(jì)的重要組成部分，每一個(gè)部分的研究都是極其重要的。而現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)換能器發(fā)展水平還是遜于國(guó)外的發(fā)展水平的，換能器的穩(wěn)定性和精度都有待提高，各個(gè)方面的深入研究也有待加強(qiáng)?，F(xiàn)我公司積極采用先進(jìn)的超聲探頭技術(shù)，完善超聲探頭的匹配技術(shù)，力求在超聲流量計(jì)研究的各個(gè)方面做到**，并為我們的顧客提供更好的產(chǎn)品和服務(wù)。