工控超声波探头及提高工控超声波探头的方法与流程

本发明属于超声波探头技术领域，具体涉及工控超声波探头及提高工控超声波探头的方法。

背景技术：

随着机器人行业的蓬勃发展，对工控超声波探头的需求量越来越大，对探头的灵敏度要求也越来越高，而现有的超声波探头的灵敏度不高，且目前提高超声波灵敏度的方法主要是：①从超声波探头材料入手，降低探头的声衰；②调整超声波探头的频率；③超声波探头与电路间的匹配等，使用这些方法调整后超声波探头的灵敏度能够得到一定的提升，但是其灵敏度依然不能满足其在机器人行业应用的要求，因此，如何提升超声波探头灵敏度的问题亟待被解决。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供工控超声波探头及提高工控超声波探头的方法，工控超声波探头的灵敏度大幅提升。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

压电陶瓷片，由多个单层陶瓷片上下叠加构成，单层陶瓷片正面一角处设有一向下的正面凹槽，正面凹槽两端向该角的两侧面延伸并在该角两侧面形成内凹的正侧凹槽，正凹槽、正侧凹槽将该角分割为单层陶瓷片的第一电极区，第一电极区向上的正面为第一正电极面，第一电极区向下的背面为第三正电极面，第一电极区的一侧面为第二正电极面，第一正电极面、第二正电极面、第三正电极面相互导通，

单层陶瓷片背面一角处设有一向下的背面凹槽，背面凹槽两端向该角的两侧面延伸并在该角两侧面形成内凹的背侧凹槽，背凹槽、背侧凹槽将该角分割为单层陶瓷片的第二电极区，第一电极区、第二电极区互为对角，第二电极区向下的正面为第一负电极面，第二电极区向上的背面为第三负电极面，第二电极区的一侧面为第二负电极面，第一负电极面、第二负电极面、第三负电极面相互导通，

正凹槽与第三负电极面之间所对应的单层陶瓷片的正面为第二电极区的第四负电极面，第四负电极面与第一负电极面、第二负电极面、第三负电极面相互导通，背凹槽与第三正电极面之间所对应的单层陶瓷片的背面为第四正电极面，第四正电极面与第一正电极面、第二正电极面、第三正电极面相互导通，且第四正电极面、第四负电极面均设有绝缘涂层，多个单层陶瓷片叠加时其各电极面对应导通。

进一步的，所述的单层陶瓷片至少为两个。

进一步的，多个单层陶瓷片的第二正电极面为第一电极区的同一侧面，多个单层陶瓷片的第二负电极面为第二电极区的同一侧面。

使用上述压电陶瓷片的工控高频超声波探头，还包括匹配层、金属外壳、正极pin针、负极pin针、pcb板，所述的金属外壳底端与匹配层胶合，所述的压电陶瓷片胶合在金属外壳内部对应的匹配层上，金属外壳上端内侧为台阶结构，pcb板胶合在金属外壳的台阶结构处，压电陶瓷片正极通过正极线与pcb板正极连接，压电陶瓷片负极通过负极线与pcb板负极连接，正极pin针与pcb板正极铆接，负极pin针与pcb板负极铆接，金属外壳顶端以硅胶封口。

多个单层陶瓷片上下层叠构成的压电陶瓷片，其厚度大，能够提高工控高频超声波探头的灵敏度，提高探测效果，并且其上下层叠，各单层陶瓷片间为并联关系，满足匹配电路的电路要求。

提高工控高频超声波探头的方法，工控高频超声波探头中的压电陶瓷片由多个单层陶瓷片上下叠加构成，多个单层陶瓷片为并联关系。

本发明的有益效果是：采用上述方案，压电陶瓷片由多个单层陶瓷片上下叠加构成，多个单层陶瓷片间为并联关系，既增加了压电陶瓷片的厚度，促使使用该压电陶瓷片的工控高频超声波探头的灵敏度大幅提高，而且并联关系还使电容与电路匹配，满足使用要求，该种调整方法调整可靠，不仅大幅提高灵敏度，还不影响其使用要求，无不良影响，更为的可靠。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。

图1为本发明单层陶瓷片三种放置状态的结构示意图。

图2为本发明单层陶瓷片叠放状态示意图。

图3为本发明单层陶瓷片叠放后的状态示意图。

图4为本发明压电陶瓷片的截面示意图。

图5为本发明工控高频超声波探头的灵敏度测试图。

其中：1为单层陶瓷片，1.1为正面凹槽，1.2为正侧凹槽，1.3为背面凹槽，1.4为背侧凹槽，1.11为第一正电极面，1.12为第二正电极面，1.13为第三正电极面，1.14为第四正电极面，1.21为第一负电极面，1.22为第二负电极面，1.23为第三负电极面，1.24为第四负电极面，2为匹配层，3为金属外壳，4为正极pin针，5为负极pin针，6为pcb板，7为压电陶瓷片，8为正极线，9为负极线，10为硅胶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1：压电陶瓷片，参照图1至图3所示，由两个单层陶瓷片1上下叠加构成，单层陶瓷片1的正面一角处设有一向下的正面凹槽1.1，正面凹槽1.1两端向该角的两侧面延伸并在该角两侧面形成内凹的正侧凹槽1.2，正凹槽1.1、正侧凹槽1.2的内凹深度一致，且宽度一致，正凹槽1.1、正侧凹槽1.2将该角分割为单层陶瓷片1的第一电极区，第一电极区向上的正面为第一正电极面1.11，第一电极区向下的背面为第三正电极面1.13，第一电极区的左侧面为第二正电极面1.12，第一正电极面1.11、第二正电极面1.12、第三正电极面1.13相互导通，电极面区域设置导电电极，即设置银层，以使成为导电的电极面，使各电极面相互导通，单层陶瓷片1的背面一角处设有一向下的背面凹槽1.3，背面凹槽1.3两端向该角的两侧面延伸并在该角两侧面形成内凹的背侧凹槽1.4，背凹槽1.3、背侧凹槽1.4的内凹深度、宽度相同，背凹槽1.3、背侧凹槽1.4将该角分割为单层陶瓷片1的第二电极区，第一电极区、第二电极区相对，互为对角，第二电极区向下的正面为第一负电极面1.21，第二电极区向上的背面为第三负电极面1.23，第二电极区的一侧面为第二负电极面1.22，第一负电极面1.21、第二负电极面1.22、第三负电极面1.23相互导通，正凹槽1.1与第三负电极面1.23之间所对应的单层陶瓷片1的正面为第二电极区的第四负电极面1.14，第四负电极面1.14与第一负电极面1.11、第二负电极面1.12、第三负电极面1.13相互导通，背凹槽1.3与第三正电极面1.13之间所对应的单层陶瓷片1的背面为第四正电极面1.24，第四正电极面1.24与第一正电极面1.21、第二正电极面1.22、第三正电极面1.23相互导通，且第四正电极面1.14、第四负电极面1.24均设有绝缘涂层，两个单层陶瓷片1叠加时上边一个单层陶瓷片1的第三正电极面1.13与下边单层陶瓷片1的第一正电极面1.11相对接触，两个单层陶瓷片1的第二正电极面1.12上下相对相邻，即两个单层陶瓷片1的第二正电极面1.12处于第一电极区的统一侧面，同理，两个单层陶瓷片1的第二电极区的电极面对应，两个单层陶瓷片1各电极区的各电极面相互导通，第一电极区为压电陶瓷片的正极，第二电极区为压电陶瓷片的负极，两个单层陶瓷片1叠加时电极对应导通，使两个单层陶瓷片1为并联关系。

使用上述压电陶瓷片的工控高频超声波探头，还包括匹配层2、金属外壳3、正极pin针4、负极pin针5、pcb板6，金属外壳3的底端与匹配层2胶合形成一中空且上端开发的腔体，由四个单层陶瓷片1叠加构成的压电陶瓷片4胶合在金属外壳3内部对应的匹配层2上，压电陶瓷片4的轴心与金属外壳3同轴心，金属外壳3的上端内侧为台阶结构，pcb板6胶合在金属外壳的台阶结构台阶面处，pcb板6与金属外壳3同轴心，压电陶瓷片7的正极通过正极线8与pcb板6的正极连接，压电陶瓷片7的负极通过负极线9与pcb板6的负极连接，正极pin针4的一端与pcb板6正极铆接，负极pin针5的一端与pcb板6负极铆接，正极pin针4、负极pin针5的另一端向金属外壳3外部延伸，pcb板6外侧对应的金属外壳3顶端以硅胶10封口，本工控高频超声波探头采用了两个叠加结构的压电陶瓷片7，压电陶瓷片7的厚度较厚，构成压电陶瓷片7的两个单层陶瓷片1的连接关系为并联，从而保证了电路所匹配要求的电容，压电陶瓷片7的厚度大，灵敏度高。

提高工控高频超声波探头的方法，工控高频超声波探头中的压电陶瓷片由多个单层陶瓷片上下叠加构成，多个单层陶瓷片为并联关系。工控超声波探头的灵敏度有个经验规律：压电陶瓷片越厚，灵敏度越高，因此，要提高工控高频超声波探头的灵敏度须增加压电陶瓷片的厚度，本提高方法使用由多个单层陶瓷片上下叠加构成的压电陶瓷片，增加了压电陶瓷片的厚度，提高了超声波探头的灵敏度，满足于机器人上的应用需求。由于电容值与压电陶瓷片的厚度成反比：c＝ε×s/d，ε—介质的介电系数(f/m)，s—电极面积(m2)，d—介质厚度(m)，压电陶瓷片的电容需要与电路对应匹配，在根据电路匹配需求须保证电容不变的前提下，采用多层构造的压电陶瓷片，每层单层陶瓷片采用并联的方式，这样压电陶瓷片的总电容等于每层单层陶瓷片的电容和，电容器并联公式：c总＝c1+c2+……+cn，如此，即满足匹配电路的要求。通过此种方法，参照图3所示，可以提高工控高频超声波探头的灵敏度30％以上，不仅大幅提高灵敏度，还不影响其使用要求，无不良影响，更为的可靠。

实施例2：压电陶瓷片，参照图1至图3所示，由四个单层陶瓷片1上下叠加构成，单层陶瓷片1的正面一角处设有一向下的正面凹槽1.1，正面凹槽1.1两端向该角的两侧面延伸并在该角两侧面形成内凹的正侧凹槽1.2，正凹槽1.1、正侧凹槽1.2的内凹深度一致，且宽度一致，正凹槽1.1、正侧凹槽1.2将该角分割为单层陶瓷片1的第一电极区，第一电极区向上的正面为第一正电极面1.11，第一电极区向下的背面为第三正电极面1.13，第一电极区的左侧面为第二正电极面1.12，第一正电极面1.11、第二正电极面1.12、第三正电极面1.13相互导通，单层陶瓷片1的背面一角处设有一向下的背面凹槽1.3，背面凹槽1.3两端向该角的两侧面延伸并在该角两侧面形成内凹的背侧凹槽1.4，背凹槽1.3、背侧凹槽1.4的内凹深度、宽度相同，背凹槽1.3、背侧凹槽1.4将该角分割为单层陶瓷片1的第二电极区，第一电极区、第二电极区相对，互为对角，且正面凹槽1.1、背面凹槽1.3相互平行，正面凹槽1.1、背面凹槽1.3的内凹深度、宽度相同，第二电极区向下的正面为第一负电极面1.21，第二电极区向上的背面为第三负电极面1.23，第二电极区的一侧面为第二负电极面1.22，第一负电极面1.21、第二负电极面1.22、第三负电极面1.23相互导通，正凹槽1.1与第三负电极面1.23之间所对应的单层陶瓷片1的正面为第二电极区的第四负电极面1.14，第四负电极面1.14与第一负电极面1.11、第二负电极面1.12、第三负电极面1.13相互导通，背凹槽1.3与第三正电极面1.13之间所对应的单层陶瓷片1的背面为第四正电极面1.24，第四正电极面1.24与第一正电极面1.21、第二正电极面1.22、第三正电极面1.23相互导通，且第四正电极面1.14、第四负电极面1.24均设有绝缘涂层，四个单层陶瓷片1叠加时上边一个单层陶瓷片1的第三正电极面1.13与下边单层陶瓷片1的第一正电极面1.11相对接触，四个单层陶瓷片1的第二正电极面1.12上下相对相邻，即四个单层陶瓷片1的第二正电极面1.12处于第一电极区的统一侧面，同理，四个单层陶瓷片1的第二电极区的电极面对应，四个单层陶瓷片1各电极区的各电极面相互导通，第一电极区为压电陶瓷片的正极，第二电极区为压电陶瓷片的负极，四个单层陶瓷片1叠加时电极对应导通，使四个单层陶瓷片1为并联关系。

使用上述压电陶瓷片的工控高频超声波探头，还包括匹配层2、金属外壳3、正极pin针4、负极pin针5、pcb板6，金属外壳3的底端与匹配层2胶合形成一中空且上端开发的腔体，由四个单层陶瓷片1叠加构成的压电陶瓷片4胶合在金属外壳3内部对应的匹配层2上，压电陶瓷片4的轴心与金属外壳3同轴心，金属外壳3的上端内侧为台阶结构，pcb板6胶合在金属外壳的台阶结构台阶面处，pcb板6与金属外壳3同轴心，压电陶瓷片7的正极通过正极线8与pcb板6的正极连接，压电陶瓷片7的负极通过负极线9与pcb板6的负极连接，正极pin针4的一端与pcb板6正极铆接，负极pin针5的一端与pcb板6负极铆接，正极pin针4、负极pin针5的另一端向金属外壳3外部延伸，pcb板6外侧对应的金属外壳3顶端以硅胶10封口，本工控高频超声波探头采用了四个叠加结构的压电陶瓷片7，压电陶瓷片7的厚度较厚，构成压电陶瓷片7的四个单层陶瓷片1的连接关系为并联，从而保证了电路所匹配要求的电容，压电陶瓷片7的厚度大，灵敏度高。

提高工控高频超声波探头的方法，选用厚度大、由多个单层陶瓷片上下叠加构成的压电陶瓷片，各单层陶瓷片叠加时其电极区对应一致，电极区的电极面对应导通，使多个单层陶瓷片间为并联关系。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。