[發明專利]超聲換能器

有效

• 申請號: 200910173363.4
• 申請日: 2009-07-15
• 公開（公告）號: CN101676693A
• 公開（公告）日: 2010-03-24
• 發明（設計）人: J·M·范克盧斯特
• 申請（專利權）人: 克洛納有限公司
• 主分類號: G01F15/00
• 分類號: G01F15/00;G01F1/66
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 李永波;梁 冰

技術領域

本發明涉及一種超聲換能器，包括外殼、設置在外殼的第一區域中的用于 在超聲換能器的內部空間和外部空間之間傳遞超聲波的超聲窗、以及在外殼之 中與超聲窗相鄰設置的換能元件，其中超聲波能夠作為殼波在外殼的第一區域 和位于外殼的第一區域對面的外殼的第三區域之間經過外殼的至少一個傳導的 第二區域傳遞。

背景技術

上述類型的超聲換能器早已為人所知，例如廣泛應用于聲學的流量測定儀 之中。超聲換能器的換能元件將電能轉變成機械的偏轉，在適當激勵條件下也 可轉變成超聲頻率范圍內的振蕩。在這種情況下，超聲換能器就作為超聲發射 器工作，并且通過超聲窗將超聲波-部分地-傳遞到超聲換能器周圍的介質之中。

反之也可以通過外部-在介質中出現的-壓力波動使得超聲窗偏移，然后通過 換能元件將其轉變成相應的信號；在這種情況下，超聲換能器就作為超聲接收 器工作。在某些應用情況下-例如在液位測量中-，不僅使用這種超聲換能器作 為超聲發射器，而且也作為超聲接收器；在流量測量領域通常要么使用超聲換 能器作為超聲發射器，要么作為超聲接收器。

在這兩種情況下，也就是說在超聲換能器作為發射器工作的情況下以及在 超聲換能器作為接收器工作的情況下，通過超聲窗傳遞的到達或者來自換能元 件的超聲波指的是實際有用的信號。上述通過外殼傳遞或者輸出的超聲波指的 是寄生的殼波。利用這些波所傳導的能量無法供有用信號使用， 因此通常并不希望存在殼波。

有各種各樣的措施可用來減少殼波。有些措施能夠避免產生這種殼波，例 如可以使得超聲窗具有特別好的阻抗匹配，從而最大化所發射的能量部分；或 者將超聲窗設計成λ/4-膜來減少反射。其它措施則是阻止繼續傳遞已產生的殼 波，例如通過失配的聲學的阻抗過渡。殼波不僅是對于有用信號而言遺失的功 率損耗，而且還有其它不利影響。

例如在聲學的流量測量領域，通常要利用以下效應：在量管內所輸送的介 質的輸送速度疊加在聲信號的傳遞速度上。如果沿著聲信號方向輸送介質，則 所測定的聲信號相對于量管的傳播速度要比在靜止介質內大；如果在與聲信號 的發射方向相反的方向上輸送介質，則聲信號相對于量管的速度比在靜止介質 內小。由于存在拖曳效應，因此聲發射器與聲接收器-兩者均為超聲換能器-之 間的聲信號傳遞速度取決于介質相對于量管以及相對于聲發射器和聲接收器的 輸送速度。

基于所發射的聲信號或者超聲信號進行測量的問題在于：并非僅僅通過換 能器外殼周圍的介質傳遞換能元件所產生的超聲振動，而且也會通過外殼將所 產生的超聲振動以殼波形式-部分地-傳輸到整個測量裝置，這種現象并非僅存在 于流量測量領域。這就是除了功率損耗之外所面臨的問題，因為這種通過串擾 傳輸到測量儀外殼上的超聲波也會在接收側引起嚴重干擾。原因在于：接收側 無法區別所接收的超聲信號是直接通過介質和超聲窗接收的-有用信號-，還是間 接地作為殼波通過測量裝置和超聲換能器的整個外殼、尤其是通過外殼的第三 區域以及外殼的傳導的第二區域抵達了換能元件。

發明內容

因此本發明的任務在于闡述一種超聲換能器，其可實現了用于阻止經由超 聲換能器的外殼傳遞殼波的又一措施，并且能-至少部分地-避免現有技術條件下 已知的缺點。

本發明所述的超聲換能器能解決以上所述的任務，其基本特征在于：在外 殼的第二區域中構成至少兩個在殼波的傳播方向上基本依次設置的弱耦合的機 械的諧振器。