[發(fā)明專(zhuān)利]使用寬帶系統(tǒng)響應(yīng)的超聲波換能器系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610922054.2
• 申請(qǐng)日: 2016-10-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107014447B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿馬爾迪普·撒亞納拉亞納;大衛(wèi)·P·馬吉;阿南德·G·達(dá)巴克;斯利納特·M·拉馬斯瓦米
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 德州儀器公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01F1/66
• 分類(lèi)號(hào): G01F1/66
• 代理公司: 北京律盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 林斯凱

一種換能器系統(tǒng)(10)具有換能器(TR₁)及用于在激勵(lì)周期期間施加波形以激勵(lì)所述換能器的電路(14)。施加電路(42)還包括用于在所述激勵(lì)周期期間變更所述波形的頻率的電路。

相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考

本申請(qǐng)案主張標(biāo)題為“用于具有未知或變化的系統(tǒng)響應(yīng)的重度衰減傳播介質(zhì)中的流量測(cè)量的超聲波換能器的寬帶激勵(lì)(BROADBAND EXCITATION OF ULTRASONICTRANSDUCERS FOR FLOW MEASUREMENTS IN HEAVILY ATTENUATED PROPAGATION MEDIUMWITH UNKNOWN OR CHANGING SYSTEM RESPONSES)”且在2015年10月21日申請(qǐng)的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)案62/244,413的優(yōu)先權(quán)、其申請(qǐng)日期的權(quán)利且特此將其以引用方式并入本文中。

有關(guān)美國(guó)聯(lián)邦資助研究或開(kāi)發(fā)的聲明

不適用。

技術(shù)領(lǐng)域

背景技術(shù)

優(yōu)選實(shí)施例涉及超聲波換能器，且更特定來(lái)說(shuō)涉及一種將寬帶激勵(lì)脈沖頻率用于此些換能器的系統(tǒng)及方法。

已知在所屬技術(shù)領(lǐng)域中超聲波換能器是用于傳輸超聲波及檢測(cè)經(jīng)傳輸波的反射或回波。此些裝置有時(shí)也稱(chēng)為超聲波(ultrasound或ultrasonic)換能器或收發(fā)器。超聲波換能器具有無(wú)數(shù)用途，包含水表及氣體流量表、消費(fèi)型裝置、車(chē)輛安全性及醫(yī)療診斷。在此些及其它領(lǐng)域中，可處理由換能器檢測(cè)的信號(hào)以確定距離，其可與方向或區(qū)域處理進(jìn)一步組合以確定流量、體積、形狀以及與二維及三維處理(包含圖像處理)有關(guān)的方面。

在現(xiàn)有技術(shù)中，在各種方案(包含機(jī)械、電磁及超聲波學(xué))中實(shí)施流量表(例如，水或氣體)。用于此些表的現(xiàn)有技術(shù)包含具有旨在彼此之間傳達(dá)信號(hào)的兩個(gè)超聲波換能器的系統(tǒng)，其中信號(hào)橫越管道內(nèi)的通道。通常，經(jīng)施加脈沖(或一系列脈沖)激勵(lì)兩個(gè)換能器中的第一者，其產(chǎn)生由換能器中的第二者在被測(cè)量為第一飛行時(shí)間(TOF)的特定時(shí)間量之后接收的波形。然后使過(guò)程反轉(zhuǎn)，借此將一個(gè)或多個(gè)脈沖施加于第二換能器，造成由第一換能器接收波形，其中在此經(jīng)反轉(zhuǎn)過(guò)程中測(cè)量得到第二TOF。第一及第二TOF以及TOF差確定在換能器之間的傳播介質(zhì)(且因此，沿?fù)Q能器定位于其中的介質(zhì))的流動(dòng)速度。然而，出于精確目的，確定TOF的準(zhǔn)確度可至關(guān)重要，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)所要準(zhǔn)確度時(shí)平衡效率考慮通常也是重要考慮。

準(zhǔn)確地測(cè)量TOF依賴(lài)于眾多因素，包含在TOF測(cè)量期間兩個(gè)方向中的每一者上的經(jīng)充分激發(fā)且經(jīng)檢測(cè)的波形。為此目的，在所屬技術(shù)領(lǐng)域中已知，換能器系統(tǒng)具有共振頻率，且通過(guò)接近此共振頻率或在此共振頻率下激勵(lì)換能器系統(tǒng)而改善準(zhǔn)確度，所述共振頻率通常在相當(dāng)窄帶寬內(nèi)。然而，關(guān)鍵難處在于共振頻率可未知或變更。例如，系統(tǒng)共振頻率可基于傳播介質(zhì)的溫度、雜質(zhì)或組成、沉淀、沉積或換能器的老化及因不同制造商之間或甚至來(lái)自相同制造商的換能器可變性而改變。此外，一旦在現(xiàn)場(chǎng)部署流量表，那么不斷地監(jiān)測(cè)此些變更及調(diào)整激勵(lì)脈沖頻率就變得愈加困難。此外，在初始制造期間設(shè)置每一個(gè)別系統(tǒng)的靜態(tài)激勵(lì)頻率可為成本高昂的，且一旦在現(xiàn)場(chǎng)部署所述系統(tǒng)，就未必可靠(此后系統(tǒng)共振頻率可暫時(shí)性地或永久性地變更，在此情況下靜態(tài)出廠設(shè)置可不再最優(yōu)地產(chǎn)生共振回波及準(zhǔn)確TOF確定)。

給定前文論述，本發(fā)明者尋求對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改善，如下文進(jìn)一步詳述。

發(fā)明內(nèi)容

在優(yōu)選實(shí)施例中，存在一種換能器系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括換能器及用于在激勵(lì)周期期間施加波形以激勵(lì)換能器的電路。施加電路還包括用于在激勵(lì)周期期間變更波形的頻率的電路。

還揭示及主張眾多其它發(fā)明方面。

附圖說(shuō)明

圖1說(shuō)明流量表?yè)Q能器系統(tǒng)的圖。

圖2說(shuō)明圖1的流量表?yè)Q能器系統(tǒng)的激勵(lì)及響應(yīng)波形的序列圖。