超声波测风传感器、探头以及测风仪的制作方法

1.本发明涉及风速风向测量技术领域，尤其涉及一种超声波测风传感器、探头以及测风仪。


背景技术：

2.风速风向是气象观测要素中最为重要的项目之一，影响到国民生产、生活的的各个方面。风速风向可采用超声波测风方法进行观测。相比于传统的机械杯式传感器，超声波测风传感器具有精度高、测量频率高、无需维护的优势。
3.超声波测风传感器经常安装在高山、高海拔、风力发电机组所处的恶劣环境。在低温、大风暴雪、冻雨等结冰灾害天气条件下，超声波传感器的发射面会因冻结而无法测量。如何在不影响测量的条件下，解决超声波发射端面的加热问题，是目前低温结冰环境下超声波测风的难题。
4.现有技术中，普遍采用加热超声波传感器的不锈钢外壳，使热量从外壳传导到超声波传感器的发射端面。但由于不锈钢外壳与外界环境直接接触，传递过程热量损耗极大，不能有效对超声波发射端面进行加热。
5.现有技术中，还采用在发射端面表面上覆盖加热膜，加热膜从发射端面上表面延伸至外壳的外侧。由于加热膜必须从传感器外部进行安装，破坏了超声波测风传感器的封装结构。加热膜使压电陶瓷与超声波测风传感器的外壳之间产生了硬连接，使压电陶瓷的振动通过物理途径向外传递，此振动持久出现且先于空气路径传播，严重干扰接收信号解析，同时还影响超声波的输出功率，影响风在采样区的流场分布，从而影响风速正确测量。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术中的问题，本技术提出了一种超声波测风传感器、探头以及测风仪。该超声波测风传感器的加热装置安装在声匹配层的下表面与压电陶瓷的上表面之间，且加热装置与声匹配层和压电陶瓷同轴设置，加热装置能够直接加热超声波发射端面，有效去除超声波发射端面结冰，且不影响超声波的输出功率，以准确测量风速。
7.第一方面，本发明提供了一种超声波测风传感器，该超声波测风传感器包括：声匹配层，其上表面为超声波发射端面，所述声匹配层用于匹配所述超声波测风传感器的声阻抗与空气的声阻抗；压电陶瓷，其用于产生并接收超声波；以及，加热装置，其用于加热所述超声波发射端面，所述加热装置安装在所述声匹配层的下表面与所述压电陶瓷的上表面之间，且所述加热装置与所述声匹配层和所述压电陶瓷同轴设置。利用该超声波测风传感器，加热装置安装在声匹配层的下表面与压电陶瓷的上表面之间，且加热装置与声匹配层和压电陶瓷同轴设置，加热装置能够直接加热超声波发射端面，有效去除超声波发射端面结冰，且不影响超声波的输出功率，以准确测量风速。
8.在第一方面的一个实施方式中，所述压电陶瓷的上表面为压电陶瓷负极镀层，所述加热装置的下表面为加热装置负极镀层，所述压电陶瓷负极镀层与所述加热装置负极镀
层焊接连接形成共负极。通过该实施方式，共负极的设置，有利于共负极引线的引出；同时，压电陶瓷与加热装置焊接在一起，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑、占用空间更小。
9.在第一方面的一个实施方式中，该超声波测风传感器还包括共负极引线，所述共负极引线从所述共负极引出。通过该实施方式，一个共负极引线就可以完成压电陶瓷负极引线和加热装置负极引线两个引线的工作，避免了走线空间的浪费，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑，体积更加小巧，提高了超声波测风传感器的可集成性。
10.在第一方面的一个实施方式中，该超声波测风传感器还包括匹配层环，所述声匹配层设置在所述匹配层环内部。通过该实施方式，匹配层环为声匹配层提供了支撑、固定，避免了声匹配层的形变。
11.在第一方面的一个实施方式中，所述声匹配层的下表面与所述加热装置的上表面相粘合；所述匹配层环的下表面与所述加热装置的上表面通过导电胶粘合。通过该实施方式，声匹配层的下表面与加热装置的上表面相粘合，使得声匹配层和加热装置相粘合成为一个整体，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑、占用空间更小，匹配层环的下表面与加热装置的上表面通过导电胶粘合，使得匹配层环的下表面与加热装置正极成为一体，有利于加热正极引线的顺利引出，避免加热正极引线弯折较大角度，有利于提高加热正极引线的焊接点的牢固程度。
12.在第一方面的一个实施方式中，该超声波测风传感器还包括加热正极引线，所述加热正极引线从所述匹配层环的下表面引出并穿过所述加热装置上开设的引线通孔。通过该实施方式，加热正极引线从匹配层环的下表面引出，避免了加热正极引线大角度弯折，从而有利于避免焊接点和加热正极引线的断裂；加热装置上开设有引线通孔，从而使得加热正极引线能够穿过加热装置，到达超声波测风传感器的尾部，使得超声波测风传感器的结构更为紧凑、占用空间更小。
13.在第一方面的一个实施方式中，所述压电陶瓷的半径小于所述加热装置的半径；所述加热装置的下表面与所述压电陶瓷的上表面贴合的区域为第一区域，所述加热装置的下表面不与所述压电陶瓷的上表面贴合的区域为第二区域，所述第二区域环绕所述第一区域，所述共负极引线从所述第二区域引出；所述加热正极引线的引出点与所述超声波测风传感器的中心轴的距离大于所述压电陶瓷的半径；且所述引线通孔与所述超声波测风传感器的中心轴的距离大于所述压电陶瓷的半径；所述加热正极引线的引出点与所述超声波测风传感器的中心轴的距离大于所述引线通孔与所述超声波测风传感器的中心轴的距离。通过该实施方式，有利于共负极引线、加热正极引线的顺利引出，使两条引线均从超声波测风传感器的外侧逐渐向内侧收敛，有利于布线，避免引线大角度弯折，从而提高共负极引线、加热正极引线的使用寿命。
14.在第一方面的一个实施方式中，所述匹配层环的半径等于所述加热装置的半径，且所述加热装置的半径大于所述压电陶瓷的半径；所述匹配层环的半径为3.0-7.0毫米，所述加热装置的半径为3.0-7.0毫米，所述压电陶瓷的半径为2.0-4.0毫米；且，所述匹配层环的高为1.0-3.0毫米，所述加热装置的高为0.5-1.5毫米，所述压电陶瓷的高为3.0-7.0毫米。通过该实施方式，有利于超声波测风传感器的小型化设计，有利于其的高度可集成设计，有利于顺利将其安装至探头内。
15.在第一方面的一个实施方式中，所述匹配层环的半径为5.0毫米，所述加热装置的
半径为5.0毫米，所述压电陶瓷的半径为3.0毫米；且，所述匹配层环的高为2.0毫米，所述加热装置的高为1.0毫米，所述压电陶瓷的高为5.0毫米。
16.在第一方面的一个实施方式中，该超声波测风传感器还包括：隔振器，其环绕所述压电陶瓷设置，且与所述压电陶瓷过盈配合；外壳，其环绕所述隔振器设置，所述外壳的顶面与所述隔振器的顶面平齐；以及，封装橡胶，其位于所述外壳的顶部，所述封装橡胶包括隔断体，所述隔断体将所述封装橡胶的内部分为第一腔体和第二腔体，所述第一腔体用于容纳所述声匹配层和所述加热装置，所述第二腔体部分地容纳所述压电陶瓷；所述隔断体的上表面与所述加热装置相贴合，所述隔断体的下表面与所述外壳的顶面和所述隔振器的顶面相贴合。通过该实施方式，隔振器有利于防止机械振动通过外壳途径进行声传递，封装橡胶对超声波发射端面起到保护作用且通过其隔断体更好地收纳、固定声匹配层和加热装置。
17.在第一方面的一个实施方式中，该超声波测风传感器还包括压电陶瓷正极引线，所述压电陶瓷正极引线从所述压电陶瓷的下表面的中心引出；所述外壳上开设有壳体通孔，所述壳体通孔位于所述外壳的底面中心，所述压电陶瓷正极引线、加热正极引线、共负极引线从所述壳体通孔引出。通过该实施方式，壳体通孔为压电陶瓷正极引线、加热正极引线、共负极引线提供了出口，方便了各个引线的安装、固定。
18.在第一方面的一个实施方式中，所述封装橡胶包括环状的第一凸起和第二凸起，所述第一凸起和所述第二凸起分别位于所述隔断体的两侧。通过该实施方式，第一凸起和第二凸起可以与探头壳体过盈配合，从而将超声波测风传感器牢固地固定在探头中。
19.在第一方面的一个实施方式中，加热正极引线和共负极引线从所述隔振器与所述压电陶瓷的缝隙间穿过。通过该实施方式，隔振器与压电陶瓷过盈配合，加热正极引线和共负极引线从隔振器与压电陶瓷的缝隙间穿过，有利于避免加热正极引线和共负极引线的晃动。
20.第二方面，本发明还提供了一种探头，该探头包括第一方面及其任一实施方式所述的超声波测风传感器。利用该探头，加热装置安装在声匹配层的下表面与压电陶瓷的上表面之间，且加热装置与声匹配层和压电陶瓷同轴设置，加热装置能够直接加热超声波发射端面，有效去除结冰，且不影响超声波的输出功率，以准确测量风速。
21.在第二方面的一个实施方式中，该探头包括探头壳体，所述探头壳体内部形成有台阶面，所述台阶面的顶面与封装橡胶的底面至少部分地贴合。通过该实施方式，台阶面起到限位的作用，避免了超声波测风传感器的下移，从而将超声波测风传感器固定在预设位置。
22.在第二方面的一个实施方式中，所述探头壳体与第一凸起和第二凸起过盈配合。通过该实施方式，探头壳体与第一凸起和第二凸起过盈配合，从而将超声波测风传感器牢固地限定在探头壳体内，避免其脱落。
23.第三方面，本发明还提供了一种测风仪，该测风仪包括第二方面以及任一实施方式所述的探头。利用该测风仪，其探头中的超声波测风传感器的加热装置安装在声匹配层的下表面与压电陶瓷的上表面之间，且加热装置与声匹配层和压电陶瓷同轴设置，加热装置能够直接加热超声波发射端面，有效去除超声波发射端面的结冰，且不影响超声波的输出功率，以使测风仪准确测量风速。
24.本技术提供的超声波测风传感器、探头以及测风仪，相较于现有技术，具有如下的有益效果。
25.1、利用该超声波测风传感器，加热装置安装在声匹配层的下表面与压电陶瓷的上表面之间，且加热装置与声匹配层和压电陶瓷同轴设置，加热装置能够直接加热超声波发射端面，有效去除超声波发射端面结冰，且不影响超声波的输出功率，以准确测量风速。
26.2、一个共负极引线就可以完成压电陶瓷负极引线和热装置负极引线两个引线的工作，避免了走线空间的浪费，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑，体积更加小巧，提高了超声波测风传感器的可集成性。
27.3、加热正极引线从匹配层环的下表面引出，避免了加热正极引线大角度弯折，从而有利于避免焊接点和加热正极引线的断裂；加热装置上开设有引线通孔，从而使得加热正极引线能够穿过加热装置，到达超声波测风传感器的尾部，使得超声波测风传感器的结构更为紧凑、占用空间更小。
28.上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
附图说明
29.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述，其中：
30.图1显示了根据本发明一实施方式的超声波测风传感器的局部剖视示意图；
31.图2显示了根据本发明一实施方式的超声波测风传感器的局部主视示意图；
32.图3显示了根据本发明一实施方式的超声波测风传感器的共负极引线、加热正极引线的连接示意图；
33.图4显示了根据本发明一实施方式的超声波测风传感器的匹配层环的结构示意图；
34.图5显示了根据本发明一实施方式的超声波测风传感器的剖视示意图；
35.图6显示了根据本发明一实施方式的超声波测风传感器的主视示意图；
36.图7显示了根据本发明一实施方式的超声波测风传感器的封装橡胶的剖视示意图；
37.图8显示了根据本发明一实施方式的超声波测风传感器的封装橡胶的主视示意图；
38.图9显示了根据本发明一实施方式的探头的探头壳体的结构示意图；
39.图10显示了根据本发明一实施方式的探头的剖视示意图；
40.图11显示了根据本发明一实施方式的测风仪的立体结构示意图。
41.附图标记清单：
42.1-声匹配层；2-压电陶瓷；3-加热装置；4-共负极引线；5-匹配层环；6-加热正极引线；7-隔振器；8-外壳；9-封装橡胶；10-隔断体；11-第一腔体；12-第二腔体；13-压电陶瓷正极引线；14-壳体通孔；15-第一凸起；16-第二凸起；17-探头；18-探头壳体；19-测风仪；20-超声波发射端面；21-引线通孔；22-台阶面。
43.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
44.下面将结合附图对本发明作进一步说明。
45.如图1和图2所示，本实施方式提供了一种超声波测风传感器，该超声波测风传感器包括：声匹配层1，其上表面为超声波发射端面20，声匹配层1用于匹配超声波测风传感器的声阻抗与空气的声阻抗；压电陶瓷2，其用于产生并接收超声波；以及，加热装置3，其用于加热超声波发射端面20，加热装置3安装在声匹配层1的下表面与压电陶瓷2的上表面之间，且加热装置3与声匹配层1和压电陶瓷2同轴设置。
46.声匹配层1的下表面与加热装置3的上表面相贴合，压电陶瓷2的上表面与加热装置3的下表面相贴合。加热装置3、声匹配层1和压电陶瓷2均为圆柱体，加热装置3与声匹配层1和压电陶瓷2同轴设置。加热装置3、声匹配层1和压电陶瓷2布置紧凑，节约空间。
47.现有技术中，普遍采用加热超声波传感器的不锈钢外壳8，使热量从外壳8传导到超声波传感器的超声波发射端面20。但由于不锈钢外壳8与外界环境直接接触，传递过程热量损耗极大，不能有效对超声波发射端面20进行加热。
48.现有技术中，还采用在超声波发射端面20表面上覆盖加热膜，加热膜从超声波发射端面20上表面延伸至外壳8的外侧。由于加热膜必须从传感器外部进行安装，破坏了超声波测风传感器的封装结构。加热膜使压电陶瓷2与超声波测风传感器的外壳8之间产生了硬连接，使压电陶瓷2的振动通过物理途径向外传递，此振动持久出现且先于空气路径传播，严重干扰接收信号解析，同时还影响超声波的输出功率，影响风在采样区的流场分布，从而影响风速正确测量。
49.本技术中，加热装置3位于声匹配层1和压电陶瓷2之间，处于外壳8内部，热量不容易从外壳8散失至外界，相比于加热与外界直接接触的外壳8，避免了热量损耗，能够高效地对超声波发射端面20进行加热。此外，加热装置3与声匹配层1直接接触，能够直接加热超声波发射端面20，有效去除结冰。
50.同时，本技术中，由于加热装置3位于声匹配层1和压电陶瓷2之间，避免了压电陶瓷2与超声波测风传感器的外壳8之间的硬连接，避免了压电陶瓷2的振动通过物理途径从外壳8向外传递，从而有利于接收信号的解析，此外，加热装置3不影响超声波的输出功率，不影响风在采样区的流场分布，从而有利于风速正确测量。
51.加热装置3为由恒温陶瓷加热材料制成，最大限度地提高了加热效率。当使用加热装置3加热时，超声波传感器的发射端面的温度能够大于50摄氏度。
52.利用该超声波测风传感器，加热装置3安装在声匹配层1的下表面与压电陶瓷2的上表面之间，且加热装置3与声匹配层1和压电陶瓷2同轴设置，加热装置3能够直接加热超声波发射端面20，有效去除超声波发射端面20结冰，且不影响超声波的输出功率，以准确测量风速。
53.在一个实施方式中，压电陶瓷2的上表面为压电陶瓷负极镀层，加热装置3的下表面为加热装置负极镀层，压电陶瓷负极镀层与加热装置负极镀层焊接连接形成共负极。
54.通过该实施方式，共负极的设置，有利于共负极引线4的引出；同时，压电陶瓷2与加热装置3焊接在一起，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑、占用空间更小。
55.在一个实施方式中，如图1所示，该超声波测风传感器还包括共负极引线4，共负极引线4从共负极引出。
56.如果没有设计共负极，那么该超声波测风传感器既需要压电陶瓷负极引线，也需要加热装置负极引线，每个引线都需要焊接，且需要相应的走线空间，通过共负极设计，只需要一个共负极引线4就可以完成压电陶瓷负极引线和加热装置负极引线两个引线的工作，避免了走线空间的浪费，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑，体积更加小巧，提高了超声波测风传感器的可集成性。
57.共负极引线4的引出点即为焊接点。
58.通过该实施方式，一个共负极引线4就可以完成压电陶瓷负极引线和加热装置负极引线两个引线的工作，避免了走线空间的浪费，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑，体积更加小巧，提高了超声波测风传感器的可集成性。
59.在一个实施方式中，如图4所示，该超声波测风传感器还包括匹配层环5，声匹配层1设置在匹配层环5内部。
60.匹配层环5由铜材料制成。
61.通过该实施方式，匹配层环5为声匹配层1提供了支撑、固定，避免了声匹配层1的形变。
62.在一个实施方式中，声匹配层1的下表面与加热装置3的上表面相粘合；匹配层环5的下表面与加热装置3的上表面通过导电胶粘合。
63.声匹配层1的下表面与加热装置3的上表面相粘合，使得声匹配层1和加热装置3相粘合成为一个整体，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑、占用空间更小。
64.同时，匹配层环5的下表面与加热装置3的上表面通过导电胶粘合，由于加热装置3的上表面为加热装置正极镀层，因此，匹配层环5的下表面与加热装置正极成为一体，有利于加热正极引线6的顺利引出，避免其弯折较大角度，有利于提高加热正极引线6的焊接点的牢固程度，其中加热正极引线6的引出点即为焊接点。
65.通过该实施方式，声匹配层1的下表面与加热装置3的上表面相粘合，使得声匹配层1和加热装置3相粘合成为一个整体，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑、占用空间更小，匹配层环5的下表面与加热装置3的上表面通过导电胶粘合，使得匹配层环5的下表面与加热装置正极成为一体，有利于加热正极引线6的顺利引出，避免加热正极引线6弯折较大角度，有利于提高加热正极引线6的焊接点的牢固程度。
66.在一个实施方式中，如图3所示，该超声波测风传感器还包括加热正极引线6，加热正极引线6从匹配层环5的下表面引出并穿过加热装置3上开设的引线通孔21。
67.由于匹配层环5的下表面与加热装置3正极成为一体，加热正极引线6可以从匹配层环5的下表面引出，如果加热正极引线6从加热装置3上表面引出，加热正极引线6必然会有180度的弯折，以使其从该超声波测风传感器的尾部引出。大角度弯折的加热正极引线6，容易引发焊接点的断裂，也容易引发加热正极引线6的断裂。本实施方式中，加热正极引线6从匹配层环5的下表面引出，避免了加热正极引线6大角度弯折，从而有利于避免焊接点和加热正极引线6的断裂。
68.加热装置3上开设有引线通孔21，从而使得加热正极引线6能够穿过加热装置3，到达超声波测风传感器的尾部，使得超声波测风传感器的结构更为紧凑、占用空间更小。
69.通过该实施方式，加热正极引线6从匹配层环5的下表面引出，避免了加热正极引线6大角度弯折，从而有利于避免焊接点和加热正极引线6的断裂；加热装置3上开设有引线
通孔21，从而使得加热正极引线6能够穿过加热装置3，到达超声波测风传感器的尾部，使得超声波测风传感器的结构更为紧凑、占用空间更小。
70.在一个实施方式中，如图1和图3所示，压电陶瓷2的半径小于加热装置3的半径；加热装置3的下表面与压电陶瓷2的上表面贴合的区域为第一区域，加热装置3的下表面不与压电陶瓷2的上表面贴合的区域为第二区域，第二区域环绕第一区域，共负极引线4从第二区域引出；加热正极引线6的引出点与超声波测风传感器的中心轴的距离大于压电陶瓷2的半径；且引线通孔21与超声波测风传感器的中心轴的距离大于压电陶瓷2的半径；加热正极引线6的引出点与超声波测风传感器的中心轴的距离大于引线通孔21与超声波测风传感器的中心轴的距离。
71.通过该实施方式，有利于共负极引线4、加热正极引线6的顺利引出，使两条引线均从超声波测风传感器的外侧逐渐向内侧收敛，有利于布线，避免引线大角度弯折，从而提高共负极引线4、加热正极引线6的使用寿命。
72.在一个实施方式中，匹配层环5的半径等于加热装置3的半径，且加热装置3的半径大于压电陶瓷2的半径；匹配层环5的半径为3.0-7.0毫米，加热装置3的半径为3.0-7.0毫米，压电陶瓷2的半径为2.0-4.0毫米；且，匹配层环5的高为1.0-3.0毫米，加热装置3的高为0.5-1.5毫米，压电陶瓷2的高为3.0-7.0毫米。
73.通过该实施方式，有利于超声波测风传感器的小型化设计，有利于其的高度可集成设计，有利于顺利将其安装至探头17内。
74.优选地，匹配层环5的半径为5.0毫米，加热装置3的半径为5.0毫米，压电陶瓷2的半径为3.0毫米；且，匹配层环5的高为2.0毫米，加热装置3的高为1.0毫米，压电陶瓷2的高为5.0毫米。
75.在一个实施方式中，如图5和图6所示，该超声波测风传感器还包括：隔振器7，其环绕压电陶瓷2设置，且与压电陶瓷2过盈配合；外壳8，其环绕隔振器7设置，外壳8的顶面与隔振器7的顶面平齐；以及，封装橡胶9，其位于外壳8的顶部，封装橡胶9包括隔断体10，隔断体10将封装橡胶9的内部分为第一腔体11和第二腔体12，第一腔体11用于容纳声匹配层1和加热装置3，第二腔体12部分地容纳压电陶瓷2；隔断体10的上表面与加热装置3相贴合，隔断体10的下表面与外壳8的顶面和隔振器7的顶面相贴合。
76.隔振器7由隔振材料制成，隔离了压电陶瓷2与外壳8，防止机械振动通过外壳8途径进行声传递。
77.外壳8采用由不锈钢材料制成，用于容纳固定超声波测风传感器的其他结构。
78.封装橡胶9对超声波发射端面20起到保护作用，且将声匹配层1和加热装置3限制在其第一腔体11中。
79.隔断体10将封装橡胶9的内部分为第一腔体11和第二腔体12，有利于更好地收纳、固定声匹配层1和加热装置3。
80.通过该实施方式，隔振器7有利于防止机械振动通过外壳8途径进行声传递，封装橡胶9对超声波发射端面20起到保护作用且通过其隔断体10更好地收纳、固定声匹配层1和加热装置3。
81.在一个实施方式中，如图5所示，该超声波测风传感器还包括压电陶瓷正极引线13，压电陶瓷正极引线13从压电陶瓷2的下表面的中心引出；外壳8上开设有壳体通孔19，壳
体通孔19位于外壳8的底面中心，压电陶瓷正极引线13、加热正极引线6、共负极引线4从壳体通孔19引出。
82.压电陶瓷正极引线13从压电陶瓷2的下表面的中心引出即压电陶瓷正极引线13焊接在压电陶瓷2的下表面的中心。壳体通孔19位于超声波测风传感器的尾部。壳体通孔19为压电陶瓷正极引线13、加热正极引线6、共负极引线4提供了出口，方便其的安装、固定。
83.通过该实施方式，壳体通孔19为压电陶瓷正极引线13、加热正极引线6、共负极引线4提供了出口，方便了各个引线的安装、固定。
84.在一个实施方式中，如图7和图8所示，封装橡胶9包括环状的第一凸起15和第二凸起16，第一凸起15和第二凸起16分别位于隔断体10的两侧。
85.通过该实施方式，第一凸起15和第二凸起16可以与探头壳体18过盈配合，从而将超声波测风传感器牢固地固定在探头17中。
86.在一个实施方式中，如图5所示，加热正极引线6和共负极引线4从隔振器7与压电陶瓷2的缝隙间穿过。
87.通过该实施方式，隔振器7与压电陶瓷2过盈配合，加热正极引线6和共负极引线4从隔振器7与压电陶瓷2的缝隙间穿过，有利于避免加热正极引线6和共负极引线4的晃动。
88.如图10和图11所示，本发明还提供了一种探头17，该探头17包括上述超声波测风传感器。
89.利用该探头17，加热装置3安装在声匹配层1的下表面与压电陶瓷2的上表面之间，且加热装置3与声匹配层1和压电陶瓷2同轴设置，加热装置3能够直接加热超声波发射端面20，有效去除结冰，且不影响超声波的输出功率，以准确测量风速。
90.在一个实施方式中，该探头17包括探头壳体18，如图9所示，探头壳体18内部形成有台阶面22，台阶面22的顶面与封装橡胶9的底面至少部分地贴合。
91.通过该实施方式，台阶面22起到限位的作用，避免了超声波测风传感器的下移，从而将超声波测风传感器固定在预设位置。
92.在一个实施方式中，探头壳体18与第一凸起15和第二凸起16过盈配合。
93.通过该实施方式，探头壳体18与第一凸起15和第二凸起16过盈配合，从而将超声波测风传感器牢固地限定在探头壳体18内，避免其脱落。
94.如图11所示，本发明还提供了一种测风仪19，该测风仪19包括上述探头17。
95.利用该测风仪19，其探头17中的超声波测风传感器的加热装置3安装在声匹配层1的下表面与压电陶瓷2的上表面之间，且加热装置3与声匹配层1和压电陶瓷2同轴设置，加热装置3能够直接加热超声波发射端面20，有效去除超声波发射端面20的结冰，且不影响超声波的输出功率，以使测风仪19准确测量风速。
96.实施例一
97.如图1和图2所示，本实施例提供了一种超声波测风传感器，该超声波测风传感器包括：声匹配层1，其上表面为超声波发射端面20，声匹配层1用于匹配超声波测风传感器的声阻抗与空气的声阻抗；压电陶瓷2，其用于产生并接收超声波；以及，加热装置3，其用于加热超声波发射端面20，加热装置3安装在声匹配层1的下表面与压电陶瓷2的上表面之间，且加热装置3与声匹配层1和压电陶瓷2同轴设置。
98.声匹配层1的下表面与加热装置3的上表面相贴合，压电陶瓷2的上表面与加热装
置3的下表面相贴合。加热装置3、声匹配层1和压电陶瓷2均为圆柱体，加热装置3与声匹配层1和压电陶瓷2同轴设置。加热装置3、声匹配层1和压电陶瓷2布置紧凑，节约空间。
99.现有技术中，普遍采用加热超声波传感器的不锈钢外壳8，使热量从外壳8传导到超声波传感器的超声波发射端面20。但由于不锈钢外壳8与外界环境直接接触，传递过程热量损耗极大，不能有效对超声波发射端面20进行加热。
100.现有技术中，还采用在超声波发射端面20表面上覆盖加热膜，加热膜从超声波发射端面20上表面延伸至外壳8的外侧。由于加热膜必须从传感器外部进行安装，破坏了超声波测风传感器的封装结构。加热膜使压电陶瓷2与超声波测风传感器的外壳8之间产生了硬连接，使压电陶瓷2的振动通过物理途径向外传递，此振动持久出现且先于空气路径传播，严重干扰接收信号解析，同时还影响超声波的输出功率，影响风在采样区的流场分布，从而影响风速正确测量。
101.本技术中，加热装置3位于声匹配层1和压电陶瓷2之间，处于外壳8内部，热量不容易从外壳8散失至外界，相比于加热与外界直接接触的外壳8，避免了热量损耗，能够高效地对超声波发射端面20进行加热。此外，加热装置3与声匹配层1直接接触，能够直接加热超声波发射端面20，有效去除结冰。
102.同时，本技术中，由于加热装置3位于声匹配层1和压电陶瓷2之间，避免了压电陶瓷2与超声波测风传感器的外壳8之间的硬连接，避免了压电陶瓷2的振动通过物理途径从外壳8向外传递，从而有利于接收信号的解析，此外，加热装置3不影响超声波的输出功率，不影响风在采样区的流场分布，从而有利于风速正确测量。
103.加热装置3为由恒温陶瓷加热材料制成，最大限度地提高了加热效率。当使用加热装置3加热时，超声波传感器的发射端面的温度能够大于50摄氏度。
104.利用该超声波测风传感器，加热装置3安装在声匹配层1的下表面与压电陶瓷2的上表面之间，且加热装置3与声匹配层1和压电陶瓷2同轴设置，加热装置3能够直接加热超声波发射端面20，有效去除超声波发射端面20结冰，且不影响超声波的输出功率，以准确测量风速。
105.实施例二
106.压电陶瓷2的上表面为压电陶瓷负极镀层，加热装置3的下表面为加热装置负极镀层，压电陶瓷负极镀层与加热装置负极镀层焊接连接形成共负极。
107.共负极的设置，有利于共负极引线4的引出；同时，压电陶瓷2与加热装置3焊接在一起，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑、占用空间更小。
108.该超声波测风传感器还包括共负极引线4，如图3所示，共负极引线4从共负极引出。
109.如果没有设计共负极，那么该超声波测风传感器既需要压电陶瓷负极引线，也需要加热装置负极引线，每个引线都需要焊接，且需要相应的走线空间，通过共负极设计，只需要一个共负极引线4就可以完成压电陶瓷负极引线和加热装置负极引线两个引线的工作，避免了走线空间的浪费，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑，体积更加小巧，提高了超声波测风传感器的可集成性。
110.共负极引线4的引出点即为焊接点。
111.通过该实施例，一个共负极引线4就可以完成压电陶瓷负极引线和加热装置负极
引线两个引线的工作，避免了走线空间的浪费，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑，体积更加小巧，提高了超声波测风传感器的可集成性。
112.实施例三
113.超声波测风传感器还包括加热正极引线6，如图3所示，加热正极引线6从匹配层环5的下表面引出并穿过加热装置3上开设的引线通孔21。
114.由于匹配层环5的下表面与加热装置正极成为一体，加热正极引线6可以从匹配层环5的下表面引出，如果加热正极引线6从加热装置3上表面引出，加热正极引线6必然会有180度的弯折，以使其从该超声波测风传感器的尾部引出。大角度弯折的加热正极引线6，容易引发焊接点的断裂，也容易引发加热正极引线6的断裂。本实施方式中，加热正极引线6从匹配层环5的下表面引出，避免了加热正极引线6大角度弯折，从而有利于避免焊接点和加热正极引线6的断裂。
115.加热装置3上开设有引线通孔21，从而使得加热正极引线6能够穿过加热装置3，到达超声波测风传感器的尾部，使得超声波测风传感器的结构更为紧凑、占用空间更小。
116.实施例四
117.如图5所示，该超声波测风传感器还包括：隔振器7，其环绕压电陶瓷2设置，且与压电陶瓷2过盈配合；外壳8，其环绕隔振器7设置，外壳8的顶面与隔振器7的顶面平齐；以及，封装橡胶9，其位于外壳8的顶部，封装橡胶9包括隔断体10，隔断体10将封装橡胶9的内部分为第一腔体11和第二腔体12，第一腔体11用于容纳声匹配层1和加热装置3，第二腔体12部分地容纳压电陶瓷2；隔断体10的上表面与加热装置3相贴合，隔断体10的下表面与外壳8的顶面和隔振器7的顶面相贴合。
118.隔振器7由隔振材料制成，隔离了压电陶瓷2与外壳8，防止机械振动通过外壳8途径进行声传递。
119.外壳8采用由不锈钢材料制成，用于容纳固定超声波测风传感器的其他结构。
120.封装橡胶9对超声波发射端面20起到保护作用，且将声匹配层1和加热装置3限制在其第一腔体11中。
121.如图7所示，隔断体10将封装橡胶9的内部分为第一腔体11和第二腔体12，有利于更好地收纳、固定声匹配层1和加热装置3。
122.通过该实施例，隔振器7有利于防止机械振动通过外壳8途径进行声传递，封装橡胶9对超声波发射端面20起到保护作用且通过其隔断体10更好地收纳、固定声匹配层1和加热装置3。
123.实施例五
124.如图7和图8所示，封装橡胶9包括环状的第一凸起15和第二凸起16，第一凸起15和第二凸起16分别位于隔断体10的两侧。探头壳体18与第一凸起15和第二凸起16过盈配合，从而将超声波测风传感器牢固地限定在探头壳体18内，避免其脱落。
125.如图10所示，探头17包括探头壳体18，如图9所示，探头壳体18内部形成有台阶面22，台阶面22的顶面与封装橡胶9的底面至少部分地贴合。台阶面22起到限位的作用，避免了超声波测风传感器的下移，从而将超声波测风传感器固定在预设位置。
126.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便
于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
127.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。