超声传感器技术概述

超声传感器技术概述

      超声波流量计是随着集成电路技术迅速发展开始广泛应用的一种非接触式实时在线测量仪表，其安装于被测管道的外侧，因此测量结果不会受到流体的化学性质和物理性质的影响。

超声流量计所用到的换能器，是将一种形式的能量转换为另一种形式能量的装置，即实现电能和声能之间的相互转换。按照实现换能器机电转换的物理效应的不同，可以将换能器分为电动式、电磁式、磁致伸缩式、压电式等，在众多的换能器类型中，压电换能器以其机电转换效率高（通常可达到80%左右）；容易成型，可以加工成各种形状；造价低廉；性能较稳定等优点，成为研究与应用*为广泛的超声换能器之一。

超声波探头通常分为直探头、斜探头、带曲率探头、聚焦探头、表面波探头等几种。为了使声波入射到管道时成一定的角度，所以需要采用透声楔块，将声楔和压电陶瓷片等部件组合起来，封装在一起，构成一个完成的多普勒超声斜探头，如图所示。

换能器材料种类繁多、各具特色，要根据实际需要选择换能器的材料。一般而言，对于超声流量计的测量方面，采用的压电陶瓷需要较高的灵敏度和居里温度，各种参数都比较稳定，同时具有较高的介电常数和机电耦合系数。

多普勒式超声流量计的探头一般采取连续波的方式激励，当换能器收到激励后，压电陶瓷按照固有频率振动，并向外辐射超声波。因此，压电陶瓷的固有频率对于流量测量起着决定性的作用。一般为了提高精度，选择高频率的探头，但频率太高，不仅会增大超声波在介质的衰减，而且会加大电路设计的难度。通常，工业测量中用到的频率范围为0.5MHZ到2MHZ。另一方面，超声流量计的探头都是成对匹配的，相互匹配的探头在物理性质是要大致保持一致，现有的加工方法一般有静态电容匹配、自耦合匹配等方式，相互匹配的超声波探头对测量精度和稳定性的影响是非常显著的。

常用的声楔材料方面，有有机玻璃、ABS塑料、聚砜等，这些透声材料的衰减常数都相当小。尽管透声材料的衰减有利于吸收杂波，但过大衰减使探头发射、吸收的超声波能量在声楔中损失严重，影响到检测精度和效率。因而声衰减应尽量小为好，而杂波回射等问题可以通过合理设计透声楔形状等措施解决。

综而言之, 换能器是超声流量计的重要组成部分，每一个部分的研究都是极其重要的。而现有的国内换能器发展水平还是逊于国外的发展水平的，换能器的稳定性和精度都有待提高，各个方面的深入研究也有待加强。现我公司积极采用先进的超声探头技术，完善超声探头的匹配技术，力求在超声流量计研究的各个方面做到**，并为我们的顾客提供更好的产品和服务。