超聲波發(fā)射器的制造方法
【專利摘要】一種超聲波發(fā)射器(1、100)，包括成形的發(fā)射頭部(2)和被設(shè)置成接觸所述成形頭部(2)的壓電器件(3)。所述頭部(2)可在發(fā)射器(1)內(nèi)部移動，其包括適用于推動頭部(2)和壓電器件(3)以便在壓電器件(3)的尺寸反復(fù)變化期間維持其相互接觸的偏壓器件(4、5、50)。
【專利說明】
超聲波發(fā)射器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波發(fā)射器，特別但不僅僅旨在用來檢測木制品(諸如，例如通過壓制木質(zhì)性能的松散材料所制成的面板)中的均質(zhì)性缺陷。
【背景技術(shù)】
[0002]在木質(zhì)的面板或?qū)映尚沃笫顾鼈兘?jīng)過工藝線時，對這些木質(zhì)的面板或?qū)拥木|(zhì)性的缺陷執(zhí)行檢測的實踐是眾所周知的。
[0003]該檢測是借助于一種設(shè)備來執(zhí)行的，所述設(shè)備基本上包括多個用于發(fā)出(或者發(fā)射)聲波的發(fā)射裝置和多個接收裝置，所述聲波特別是超聲波頻率的聲波，該發(fā)射裝置在發(fā)射中在面板的一側(cè)上操作，該接收裝置在同一面板的相反側(cè)上、離發(fā)出器預(yù)設(shè)距離處操作。
[0004]雖然對該類方案的有效性的體驗已經(jīng)被證實，但是出現(xiàn)了對一種能夠使對于上述產(chǎn)品的缺陷檢測的分辨率更好并且同時是簡單的且經(jīng)濟的構(gòu)想和結(jié)構(gòu)的發(fā)射器的需求。
[0005]構(gòu)造用于在水中發(fā)射聲波的超聲波發(fā)射器(例如，用于水運目的)也是已知的。
[0006]該類發(fā)射器在通過空氣的發(fā)射中實際上不工作，并且特別是其具有以下所述的缺陷。
[0007]這些發(fā)射器包括壓電元件，所述壓電元件夾在發(fā)射頭部與“后質(zhì)量塊”或“背襯”之間，該發(fā)射頭部包含在所謂的“前質(zhì)量塊(mass)”中，如按技術(shù)俗語所述的。
[0008]眾所周知，壓電元件當(dāng)被可變電壓充分地激勵時經(jīng)受周期性的體積變化。
[0009]在已知發(fā)射器中，當(dāng)壓電元件膨脹并且撞到發(fā)射頭部上時，其將機械能傳輸給發(fā)射頭部。
[0010]在已知方案中，使用螺釘來連接前質(zhì)量塊和背襯，并且借助于螺母來擰緊螺釘，以限定其中發(fā)射頭部相對于背襯保持固定的裝置。
[0011]然而，前質(zhì)量塊與背襯之間的恒定壓緊極大地減小了壓電元件的運動自由度，這對所傳送的能量構(gòu)成了限制，并且實際上限制了使用已知發(fā)射器的有效性。
[0012]特別是，已知方案不能有效地應(yīng)用于通過空氣的發(fā)射，例如為了檢測木質(zhì)面板中的均質(zhì)性缺陷的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]在本文中，本發(fā)明基本的技術(shù)任務(wù)是提供一種超聲波發(fā)射器，其滿足上述的需求并且克服了現(xiàn)有技術(shù)的局限性。
[0014]通過根據(jù)權(quán)利要求1構(gòu)造的超聲波發(fā)射器來完成所述技術(shù)任務(wù)。
【附圖說明】
[0015]本發(fā)明的附加特點和優(yōu)點從如附圖中所示的超聲波發(fā)射器的優(yōu)選的但并非排他的實施例的大概的且因此非限制性的說明中變得顯而易見，其中:
[0016]-圖1是本發(fā)明發(fā)射器的第一實施例的示意性縱向截面圖；以及
[0017]-圖2是發(fā)射器的第二實施例的示意性縱向截面圖。
【具體實施方式】
[0018]參見附圖，在本文中呈現(xiàn)的兩個實施例中，附圖標(biāo)記I和100整體標(biāo)示出根據(jù)本發(fā)明的超聲波發(fā)射器。
[0019]所提出的發(fā)射器1、100包括成形的發(fā)射頭部2，該發(fā)射頭部優(yōu)選是由鋁制成的，用來在空間中的預(yù)定方向D上發(fā)射超聲波。
[0020]詳細(xì)地，本發(fā)明包括包含成形頭部2的“前質(zhì)量塊”2、10、11。
[0021]此外，本發(fā)明的發(fā)射器1、100包括壓電器件3，該壓電器件設(shè)置成用以接觸成形頭部2并且當(dāng)電氣控制激勵時向該成形頭部處傳輸振動。
[0022]本發(fā)明還包括電聲換能器，該電聲換能器能由于包含在壓電器件3中的彈性固體的震動而將由特定能源提供的電能轉(zhuǎn)換成機械能。
[0023]原則上不排除其中使用本發(fā)明來既產(chǎn)生又接收超聲波的應(yīng)用，雖然在下文中將參考其中所提出的發(fā)射器1、100僅計劃用于發(fā)射而特定的接收器設(shè)置成用于接收的情況。
[0024]如以下更好地闡明的，本發(fā)明的發(fā)射器1、100專門計劃用于通過空氣傳播超聲波，優(yōu)選是為了檢測上述木質(zhì)面板內(nèi)部可能由于氣泡、裂開或者裂縫導(dǎo)致的均質(zhì)性的缺陷。
[0025]上述壓電器件3可包括多個連接至上述電源的壓電元件30(例如，散布有金屬電極31)。
[0026]壓電元件30可例如為陶瓷的或者為適于其目的的不同類型。
[0027]在所示實施例中，壓電元件30具有環(huán)形形狀，優(yōu)選圓筒形形狀;在該情況中，電極31是圓形隆起形狀的層。
[0028]頭部2可以是如圖1中所示的板狀的，或者，可以具有向外變寬(S卩，變厚)的形狀；例如，頭部2可以像圖2的實例那樣地具有截錐體或者類似形狀。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的重要方面，頭部2可在發(fā)射器1、100內(nèi)部運動，發(fā)射器包括適用于推壓頭部2和壓電器件3以便在壓電器件3的尺寸反復(fù)變化期間維持推壓頭部2和壓電器件3相互接觸的偏壓器件4、5、50。
[0030]由于該種方案，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。
[0031]實際上，一方面，避免了壓電器件與發(fā)射頭部之間的連續(xù)性或者鄰接方面的任何中斷并且從而獲得了極好的阻抗匹配(impedance matching);同時，允許壓電器件3的足夠運動自由度，因此能夠以高輸出實現(xiàn)大功率發(fā)射。
[0032]在本發(fā)明如何運作的說明中將進(jìn)一步解決所述方面。
[0033]以下描述了本發(fā)明構(gòu)思的某些可能的執(zhí)行過程。
[0034]首先，偏壓器件4、5、50優(yōu)選被連接至(也可間接地連接至)發(fā)射頭部2并且適合于推壓發(fā)射頭部以便維持與壓電器件3的鄰接，注意到壓電器件3自身與頭部2接觸地安裝在發(fā)射器1、100中。
[0035]優(yōu)選是，如可以在附圖中看到的，頭部2被固定或者在任何情況下被穩(wěn)固地束縛至操縱元件6，該操縱元件與偏壓器件4、5、50相聯(lián)并且可相對于壓電器件3運動。
[0036]詳細(xì)地，操縱元件可包括滑桿6，滑桿例如與頭部2同軸并且基本上是剛性的滑桿，或者在任何情況下是基本上不可變形的細(xì)長構(gòu)件，其可以在頭部2的內(nèi)側(cè)(S卩，面向壓電器件3的那側(cè))上聯(lián)接至頭部2。
[0037]如上所述，壓電器件3可基本上是由具有環(huán)形形狀或者在任何情況下設(shè)有可滑動地容納操縱元件6的空腔的壓電元件30和電極31的堆構(gòu)成的。
[0038]優(yōu)選是，操縱元件6配合在由絕緣材料制成的管子9上，該管子被插入壓電器件3與操縱元件6自身之間。
[0039]在本發(fā)明的特定方案中，發(fā)射頭部2順應(yīng)(conform)操縱元件6，該操縱元件因而源自于頭部2的內(nèi)偵拼且朝向發(fā)射器1、100的內(nèi)側(cè)軸向地延伸至與頭部2自身相反的遠(yuǎn)端61。
[0040]優(yōu)選是，提供被穩(wěn)固地聯(lián)接至操縱元件6的抵接元件7。
[0041]特別是，抵接元件位于包括上述遠(yuǎn)端61的端部部分中，該抵接元件可以是安裝在操縱元件6上的環(huán)形臺肩7。
[0042]本發(fā)明可以設(shè)有橫向于發(fā)射器1、100的軸線定位的支架8、80，所述支架例如是平面類型的。
[0043]還應(yīng)當(dāng)注意到，金屬套管14、15可以被配置在壓電器件3與支架8、80之間，并且與平面的支架8、80—起，其有助于相對于前質(zhì)量塊限定發(fā)射器1、100的后部部分。
[0044]實際上，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在上述臺肩7(或者另外的抵接元件)與支架8、80之間插入偏壓器件4、5，該支架可包括用于上述桿6(或者其他操縱元件)軸向滑動的通道
81ο
[0045]無論何時，隨著電激勵，壓電器件3經(jīng)歷了將機械能傳輸至頭部2的膨脹，并且臺肩7由滑桿6拉拽以便按壓在偏壓器件4、5上。
[0046]當(dāng)壓電器件3縮回時，偏壓器件4、5、50推壓臺肩7，該臺肩經(jīng)由桿6朝向發(fā)射器I的內(nèi)側(cè)拉拽發(fā)射頭部2，以便維持頭部2與壓電器件3之間的物理連續(xù)性，S卩，接觸。
[0047]因此，在發(fā)射器1、100的操作期間，壓電器件3經(jīng)歷了形狀上的周期性變化，并且頭部2經(jīng)受了 “追隨”運動，以便將可能的阻抗匹配維持始終恒定。
[0048]有利地，本發(fā)明的頭部2具有與現(xiàn)有技術(shù)相反的特性。
[0049]實際上，現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)射器的頭部相對于相關(guān)聯(lián)的背襯被固定，然而本發(fā)明所提出的發(fā)射器1、100的頭部2像擴音器那樣與壓電器件3相對應(yīng)地振動，以便確保通過空氣發(fā)射，這就所使用的電力而言不但完美有效而且高效。
[0050]偏壓器件4、5、50可以包括中心通孔，用以接收上述的桿6。
[0051]在圖1中所示的本發(fā)明的第一實施例中，偏壓器件4、5可包括一個或多個彈性元件4和/或彈簧5(例如，螺旋式彈簧)，所述彈性元件由彈性體材料制成，并夾在臺肩7與支架8之間，所述彈簧位于發(fā)射器I的內(nèi)部空腔13中，所述桿6在該內(nèi)部空腔中滑動。
[0052]優(yōu)選是，偏壓器件4、5配有彈性元件和彈簧5兩者。
[0053]彈簧可以被定位在彈性元件內(nèi)部并且在所述金屬套管14與臺肩7之間延伸，其中內(nèi)部空腔13至少部分地制成(fash1ned)在該套管14中。
[0054]在第二實施例中，偏壓器件可以包括如圖2的實例中的外部彈簧50或者可以被如第一實施例那樣構(gòu)造。
[0055]在本發(fā)明的第一實施例中，如所述地，發(fā)射器I的后部部分包括上述支架8和套管14兩者(圖1)。
[0056]后部部分8、14的結(jié)構(gòu)被設(shè)計成用于通過吸收在發(fā)射期間不可避免地產(chǎn)生的反射功率而在發(fā)射器I中產(chǎn)生帶增(band increase)。
[0057]優(yōu)選是，支架8是由吸音材料制成的平坦層，并且套管14是由阻抗處于壓電器件3與支架8自身中間的材料制成的。
[0058]以這種方式，套管14產(chǎn)生了用于反射的功率的阻抗匹配，該反射的功率然后可以被支架吸收。
[0059]從所提出的發(fā)射器I的幾何形狀的角度看，平坦的吸音層8還構(gòu)成了相對于發(fā)射器I的各構(gòu)件的運動的固定基準(zhǔn)。
[0060]應(yīng)當(dāng)注意到，所提出的方案還可以被配置成包括配備有同一公共的平坦支承層8的多個發(fā)射器I的超聲發(fā)射系統(tǒng)。
[0061]在該情況中，支架8與套管14之間的聯(lián)接還用來防止不同的發(fā)射器I的相互干涉，因為可以圍繞單個發(fā)射器傳播的反射波被有利地吸收。
[0062]在第二實施例中，發(fā)射器100的后部部分同樣包括與壓電器件3接觸地定位的金屬套管15。
[0063]然而，在該情況中，套管15是由重型材料(諸如，鋼或者鎢)制成的，具有朝向頭部2反射功率的功能，該功率由于壓電器件3與頭部2自身之間較小但是不可避免的阻抗失配進(jìn)而被反射離開該頭部。
[0064]如所述的，本發(fā)明已經(jīng)設(shè)想到尤其用于通過空氣的發(fā)射；因此，上述前質(zhì)量塊優(yōu)選還包括與頭部2接觸地設(shè)置并且適用于使壓電器件3與空氣之間的聲抗匹配的適配器件10、
Ilo
[0065]詳細(xì)地，適配器件10、11位于發(fā)射頭部2的最外側(cè)，S卩，發(fā)射超聲波的那側(cè)。
[0066]適配器件可以包括優(yōu)選與頭部2接觸的至少一層多孔聚氯乙烯(PVC)1，并且可以包括與所述PVC層接觸的一層聚乙烯炮沫11。
[0067]實際上，本發(fā)明可以包括由至少三個層構(gòu)成的前質(zhì)量塊2、10、11，其中一層是由鋁制成的(頭部2)，一層是PVC層10或者任何情況中具有小于500kg/m3密度的材料層，一層是聚乙烯層11或者任何情況中具有小于80kg/m3密度的材料層。所述層10、11兩者可以具有圓盤形狀。
[0068]可以在發(fā)射頭部2的外周或者周邊上安裝O形環(huán)12或者其他類似密封件(參見圖
Do
[0069]優(yōu)選是，除了上述支架8、80之外，發(fā)射器1、100具有細(xì)長伸展部，其中各種構(gòu)件沿軸向相繼地定位以限定出本發(fā)明的不同橫向區(qū)段。
[0070]詳細(xì)地，發(fā)射器I被限定在兩個相反端部之間，在所述兩個相反端部之間依次設(shè)有以下構(gòu)件:適配器件10、11;發(fā)射頭部2;壓電器件3;金屬套管14、15;支架8、80;偏壓器件4、5 ；和抵接元件7。
[0071]為了確保在檢測面板內(nèi)部的均質(zhì)性缺陷方面的更有效使用，適配器件的頭部2和層10、11優(yōu)選具有包含在55到65mm之間、并且更優(yōu)選基本上等于60mm的外徑。
[0072]此外，上述聚乙稀泡沫層11可以具有包含在2到4mm之間、或者優(yōu)選基本上等于3mm
的厚度。
[0073]另外，PVC層10可以具有包含在7到9mm之間、或者優(yōu)選基本上等于8mm的厚度。
[0074]最后，壓電器件3可以包括兩到四個環(huán)形壓電元件30，每個壓電元件優(yōu)選具有包含在37到39mm之間、并且甚至更優(yōu)選基本上等于38mm的外徑;每個壓電元件的厚度可以在7到9mm之間、并且優(yōu)選基本上等于8mm D
【主權(quán)項】
1.一種超聲波發(fā)射器(1、100)，包括成形的發(fā)射頭部(2)和壓電器件(3)，所述壓電器件設(shè)置成接觸所述成形的發(fā)射頭部(2)，其特征在于，所述發(fā)射頭部(2)能在所述發(fā)射器(I)內(nèi)運動，所述發(fā)射器包括適于推壓所述發(fā)射頭部(2)和所述壓電器件(3)的偏壓器件(4、5、50)，以便在所述壓電器件(3)的尺寸反復(fù)變化期間保持所述發(fā)射頭部和所述壓電器件相互接觸。2.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的發(fā)射器(1、100)，其中所述偏壓器件(4、5)連接至所述發(fā)射頭部(2)。3.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的發(fā)射器(1、100)，包括被穩(wěn)固地束縛至所述發(fā)射頭部(2)并且與所述偏壓器件(4、5)相聯(lián)的操縱元件(6)，所述操縱元件能相對于所述壓電器件(3)運動。4.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的發(fā)射器(1、100)，其中所述壓電器件(3)設(shè)有可滑動地容納所述操縱元件(6)的空腔。5.根據(jù)至少任一項前述權(quán)利要求所述的發(fā)射器(I)，其中所述偏壓器件(4、5)包括至少一個由彈性體材料制成的彈性元件(4)。6.根據(jù)至少任一項前述權(quán)利要求所述的發(fā)射器(1、100)，其中所述偏壓器件(4、5、50)包括至少一個彈簧(5、50)。7.根據(jù)權(quán)利要求3-6中的至少一項所述的發(fā)射器(1、100)，包括整體地聯(lián)接至所述操縱元件(6)的抵接元件(7)，所述偏壓器件(4、5、50)適于作用在所述抵接元件(7)上。8.根據(jù)至少任一項前述權(quán)利要求所述的發(fā)射器(I)，包括適用于支承所述發(fā)射器(I)的其余部分的支架(8)，所述支架(8)是由吸音材料制成的。9.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的發(fā)射器(I)，包括能允許與吸音支架(8)阻抗匹配的套管(14)。10.根據(jù)至少任一項前述權(quán)利要求所述的發(fā)射器(100)，包括布置成與所述壓電器件(3)接觸并且能反射超聲波的套管(15)。11.根據(jù)至少任一項前述權(quán)利要求所述的發(fā)射器(1、100)，包括適配器件(10、11)，所述適配器件布置成與所述發(fā)射頭部(2)接觸并且適于使得所述發(fā)射頭部(2)與空氣之間聲抗匹配。12.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的發(fā)射器(1、100)，其中所述適配器件(10、11)包括至少一層多孔聚氯乙稀(10)。13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12所述的發(fā)射器(1、100)，其中所述適配器件(10、11)包括至少一層聚乙烯(11)。14.根據(jù)權(quán)利要求7、8和9所述的發(fā)射器(1、100)，具有限定在兩個相反端部之間的基本上細(xì)長的伸展部，在所述兩個相反端部之間依次設(shè)有:適配器件(10、11)、發(fā)射頭部(2)、壓電器件(3)、支架(8、80)、偏壓器件(4、5、50)和所述抵接元件(7)。15.—種超聲波系統(tǒng)，包括多個根據(jù)權(quán)利要求8到14中至少一項所述的發(fā)射器(1、100)，所述發(fā)射器(I)配備有單個公共支架(8)。
【文檔編號】G01N29/34GK105987960SQ201610154355
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】P·貝內(nèi)代蒂
【申請人】Imal 有限責(zé)任公司