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原文传递垂直剪切两分量横波超声换能器及其制备方法

专利名称：	垂直剪切两分量横波超声换能器及其制备方法
摘要：	本发明提供了一种垂直剪切两分量横波超声换能器及其制备方法，垂直剪切两分量横波超声换能器包括：双分量横波换能器振子、金属外壳及双线连接器；双分量横波换能器振子设置在金属外壳中，双线连接器设置在金属外壳的外壁；双分量横波换能器振子包括绝缘内衬管及收容在绝缘内衬管中的两分量剪切单元和背衬绝缘吸声块，背衬绝缘吸声块设置在两分量剪切单元的上表面。本发明实施例的垂直剪切两分量横波超声换能器能同时得到两个相互垂直方向的横波速度，以在换能器不易转动环境下实现对岩石或者其他复合材料各向异性的检测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国石油大学(北京)
发明人：	谢佥;魏建新;狄帮让;丁拼搏
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910554778.X
公开号：	CN110261488A
代理机构：	北京三友知识产权代理有限公司
代理人：	陈伟;李辉
分类号：	G01N29/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	102249 北京市昌平区府学路18号
主权项：	1.一种垂直剪切两分量横波超声换能器，其特征在于，包括：双分量横波换能器振子、金属外壳及双线连接器；双分量横波换能器振子设置在金属外壳中，双线连接器设置在金属外壳的外壁；双分量横波换能器振子包括绝缘内衬管及收容在绝缘内衬管中的两分量剪切单元和背衬绝缘吸声块，背衬绝缘吸声块设置在两分量剪切单元的上表面；所述两分量剪切单元包括：N2个性能和尺寸完全相同的压电陶瓷剪切方形片以及一个保护片；保护片的上表面涂银，N2个压电陶瓷剪切方形片按照N×N的方形阵列方式排列并间隔设置在保护片的涂银面上；所有压电陶瓷剪切方形片的下表面位于同一平面上；相邻压电陶瓷剪切方形片的振动方向互相垂直，即其中个压电陶瓷剪切方形片沿第一方向剪切振动，另外个压电陶瓷剪切方形片沿第二方向剪切振动，第一方向与第二方向垂直；此外，沿第一方向剪切振动的个压电陶瓷剪切方形片导电互连，沿第二方向剪切振动的个压电陶瓷剪切方形片导电互连；并且，沿第一方向剪切振动的个导电互连的压电陶瓷剪切方形片通过第一引线与双线连接器连接，沿第二方向剪切振动的个导电互连的压电陶瓷剪切方形片通过第二引线与双线连接器连接；且沿第一方向剪切振动的个压电陶瓷剪切方形片与沿第二方向剪切振动的个压电陶瓷剪切方形片彼此绝缘；第一引线和第二引线埋嵌在背衬绝缘吸声块中，第一引线和第二引线彼此绝缘。 2.如权利要求1所述的垂直剪切两分量横波超声换能器，其特征在于，相邻压电陶瓷剪切方形片之间的缝隙中填充有粘性材料，从而相邻压电陶瓷剪切方形片通过所述粘性材料粘接。 3.如权利要求1所述的垂直剪切两分量横波超声换能器，其特征在于，所述压电陶瓷剪切方形片的厚度范围为0.6～4mm，边长范围为4～6mm。 4.如权利要求1所述的垂直剪切两分量横波超声换能器，其特征在于，所述保护片为陶瓷片或刚玉片。 5.如权利要求1所述的垂直剪切两分量横波超声换能器，其特征在于，所述保护片的涂银面引出地线，所述地线埋嵌在所述背衬绝缘吸声块中，并与第一引线和第二引线彼此绝缘；所述地线作为沿第一方向剪切振动的个压电陶瓷剪切方形片和沿第二方向剪切振动的个压电陶瓷剪切方形片这两种类型的压电陶瓷剪切方形片的共用地线。 6.如权利要求1所述的垂直剪切两分量横波超声换能器，其特征在于，所述背衬绝缘吸声块由环氧树脂、300～600目钨粉和600～800目石粉混合制成，三者的重量比为1：5：(3～5)。 7.如权利要求1所述的垂直剪切两分量横波超声换能器，其特征在于，所述绝缘内衬管的高度为压电陶瓷剪切方形片厚度的10倍。 8.如权利要求1所述的垂直剪切两分量横波超声换能器，其特征在于，沿第一方向剪切振动的个压电陶瓷剪切方形片与沿第二方向剪切振动的个压电陶瓷剪切方形片具有相同的振动时间和辐射特性。 9.一种如权利要求1至8任意一项所述的垂直剪切两分量横波超声换能器的制备方法，其特征在于，包括： (1)两分量剪切单元的制备步骤获取压电陶瓷板，标记压电陶瓷板原剪切的振动方向；将压电陶瓷板等分切割为N2个性能和尺寸完全相同的压电陶瓷剪切方形片，将N2个压电陶瓷剪切方形片按照N×N的方形阵列方式排列，并使相邻压电陶瓷剪切方形片的振动方向互相垂直；将N2个压电陶瓷剪切方形片粘贴在保护片的涂银面上，相邻压电陶瓷剪切方形片之间的缝隙用粘性材料填充；沿第一方向剪切振动的个压电陶瓷剪切方形片采用漆包线焊接实现导电连通，沿第二方向剪切振动的个压电陶瓷剪切方形片亦采用漆包线焊接实现导电连通；从沿第一方向剪切振动的个导电互连的压电陶瓷剪切方形片引出第一引线，从沿第二方向剪切振动的个导电互连的压电陶瓷剪切方形片引出第二引线，从保护片的涂银面上引出地线； (2)绝缘内衬管的制作步骤用绝缘管料加工出绝缘内衬管，使其高度为压电陶瓷剪切方形片厚度的10倍； (3)背衬绝缘吸声块的制备步骤把环氧树脂、300～600目钨粉和600～800目石粉按1：5：(3-5)的重量比混合搅拌，等待固化； (4)双分量横波换能器振子的制备步骤将步骤(1)制备的两分量剪切单元放入绝缘内衬管中，使两分量剪切单元的保护片的下表面与绝缘内衬管的下端面持平；将步骤(3)制备的环氧树脂、钨粉和石粉的混合物从绝缘内衬管的上端开口灌注入其中，待混合物固化后与两分量剪切单元的压电陶瓷剪切方形片的紧密粘接，形成一个双分量横波换能器振子； (5)金属外壳的制备步骤用金属材料加工出金属外壳，金属外壳与双线连接器配合构成换能器的屏蔽外壳； (6)装配步骤将步骤(4)制备的双分量横波换能器振子封装在金属外壳内，并确保双分量横波换能器振子与金属外壳绝缘，再将第一引线、第二引线、地线与双线连接器连接，完成整个制备过程。
所属类别：	发明专利