超聲波流量計多聲道氣體測量技術探討 七十二

4.1.1 超聲波信號的產生及其電路研究

(1) 超聲波換能器的結構及等效電路

超聲波換能器又稱為超聲探頭，它由殼體、聲楔、壓電晶片、匹配元件、硅膠

和同軸電纜組成。

壓電晶片采用壓電陶瓷晶片，其具有壓電性能好，生產和機械加工方便等優點。

背襯為壓電陶瓷晶片背面粘結的高阻抗、高衰減性吸聲材料，它能夠吸收晶片背面輻射的無用波，降低探頭的Q 值，改善探頭的脈沖響應。匹配層是夾在壓電陶瓷晶片和聲楔之間的一層，用它實現換能器晶片與聲楔之間的聲特性阻抗匹配。其聲特性阻抗一般取壓電陶瓷晶片與聲楔的聲特性阻抗的幾何平均值，厚度取1/4 波長。匹配元件為電感，用其改善發射、接收電路與壓電換能器晶片之間的機電耦合性能。

殼體由銅材料制成，易于金屬管段（無縫不銹鋼管）焊接，形成嵌入式安裝。聲楔橫斷面呈圓形，選擇聚醚酰亞胺（PEI）制成。其密度為1.27g/cm3，常溫（20℃）下縱波傳播速度為c m s L 2424 / 1 = 。聲楔的材料不僅要求強度高、耐老化，而且要求超聲波經聲楔后能量損失小，即投射系數接近為1。

1.探頭殼體；2.聲契；3.匹配元件；5.壓電晶片；6.硅膠

超聲波換能器（探頭）結構：

1、探頭殼體；2、聲契；3、匹配元件；4、信號線纜敷層； 5、壓電晶片；6、硅膠。

超聲波流量計