超声波流量计多声道气体测量技术探讨 七十二

4.1.1 超声波信号的产生及其电路研究

(1) 超声波换能器的结构及等效电路

超声波换能器又称为超声探头，它由壳体、声楔、压电晶片、匹配元件、硅胶

和同轴电缆组成。

压电晶片采用压电陶瓷晶片，其具有压电性能好，生产和机械加工方便等优点。

背衬为压电陶瓷晶片背面粘结的高阻抗、高衰减性吸声材料，它能够吸收晶片背面辐射的无用波，降低探头的Q 值，改善探头的脉冲响应。匹配层是夹在压电陶瓷晶片和声楔之间的一层，用它实现换能器晶片与声楔之间的声特性阻抗匹配。其声特性阻抗一般取压电陶瓷晶片与声楔的声特性阻抗的几何平均值，厚度取1/4 波长。匹配元件为电感，用其改善发射、接收电路与压电换能器晶片之间的机电耦合性能。

壳体由铜材料制成，易于金属管段（无缝不锈钢管）焊接，形成嵌入式安装。声楔横断面呈圆形，选择聚醚酰亚胺（PEI）制成。其密度为1.27g/cm3，常温（20℃）下纵波传播速度为c m s L 2424 / 1 = 。声楔的材料不仅要求强度高、耐老化，而且要求超声波经声楔后能量损失小，即投射系数接近为1。

1.探头壳体；2.声契；3.匹配元件；5.压电晶片；6.硅胶

超声波换能器（探头）结构：

1、探头壳体；2、声契；3、匹配元件；4、信号线缆敷层； 5、压电晶片；6、硅胶。

超声波流量计