[實用新型]基于微機械壓電超聲波換能器的流量計渡越時間測量裝置

有效

• 申請號: 201822187893.1
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN209166556U
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 謝金;楊磊;陳旭穎;楊鄧飛;劉鑫鑫
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本實用新型公開了一種基于微機械壓電超聲波換能器的流量計渡越時間測量裝置。在待測管道徑向斜對側安裝有相互獨立的超聲波發射與接收模塊，且兩個模塊由待測流體隔開；所述的超聲波發射模塊和超聲波接收模塊均采用微機械壓電超聲波換能器陣列模塊；所述微機械壓電超聲波換能器陣列模塊底部為基底層，基底層上設有換能器單元，換能器單元由底電極、壓電層和上電極逐層疊加而成，底電極和上電極分別通過連接線與不同的接線端相連。本實用新型通過布置在管道徑向斜對方向的兩塊獨立的微機械壓電超聲波換能器陣列先后沿著流體的順流方向和逆流方向分別互相發射與接收超聲波脈沖，測量超聲波順逆流傳播的渡越時間，用于計算流體流速和流量。

技術領域

本實用新型涉及到的是一種基于微機械壓電超聲波換能器的流量計渡越時間測量裝置。

背景技術

超聲波是一種振動頻率高于20kHz的機械波。超聲波換能器的工作過程就是電壓和超聲波之間的互相轉換過程，當超聲波換能器發射超聲波時，發射超聲波的探頭將電壓轉化的超聲波發射出去，當超聲波換能器接收超聲波時，接收超聲波的探頭將超聲波轉化的電壓回送到微控制芯片。超聲波具有振動頻率高、波長短、繞射現象小且方向性好等優點。利用超聲波測量流量的優點有：可以實現非接觸式測量，同時量程大、無壓損、無阻流部件，且可以雙向測量。傳統超聲波換能器體積龐大、功耗高、不利于集成，微機械壓電超聲波換能器則很好地解決了這些問題。流量計的關鍵組件是其中的渡越時間測量裝置，通過測量超聲波在流體中的順流渡越時間和逆流渡越時間，即可通過傳統的時差法測得流體速度和流量。因此，如何將微機械超聲波換能器應用于流量計的渡越時間測量裝置中，是一個亟待解決的技術問題。本實用新型中利用了微機械壓電超聲波換能器陣列發射和接收超聲波脈沖，并依據目前常用的時差法測得流體速度。

發明內容

本實用新型的目的在于解決現有的流量計存在的體積大、難以集成等問題，并提供一種基于微機械壓電超聲波換能器的流量計渡越時間測量裝置。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

基于微機械壓電超聲波換能器的流量計渡越時間測量裝置，它包括安裝于待測管道側壁上的超聲波發射模塊與超聲波接收模塊，超聲波發射模塊與超聲波接收模塊相互獨立，且沿管道徑向斜對安裝，兩者之間由待測流體隔開；所述超聲波發射模塊與超聲波接收模塊均采用微機械壓電超聲波換能器陣列模塊，所述超聲波換能器陣列模塊底部為基底層，基底層上設有換能器單元，換能器單元從下到上由底電極、壓電層和上電極逐層疊加而成，底電極和上電極分別通過連接線與不同的接線端相連。

作為優選，所述的超聲波換能器陣列模塊中，所述換能器單元有多個，且在基底層上呈矩形陣列排布，各換能器單元以并聯的方式連接于接線端上。

進一步的，所述的矩形陣列為10×10矩形陣列。

作為優選，上電極和底電極的材料為鉬；壓電層的材料為氮化鋁、氧化鋅或鋯鈦酸鉛壓電陶瓷；連接線的材料為鋁；基底層的材料為硅。

作為優選，所述的超聲波發射模塊與超聲波接收模塊均通過接線端連接外部信號激勵源以及超聲波渡越時間評估板。

作為優選，所述的超聲波發射模塊與超聲波接收模塊尺寸較小，尺寸均僅為3.5×3.5mm²。

本實用新型中流量計渡越時間測量裝置的超聲波發射模塊與超聲波接收模塊，徑向斜對安裝在管道兩端，由被測流體隔開，能夠先后沿著流體的順流方向和逆流方向分別互相發射與接收超聲波脈沖，測量超聲波順逆流傳播的渡越時間，用于計算流體流速和流量。超聲波發射模塊與超聲波接收模塊體積較小，可分別在小管徑的管道中發射與接收超聲波，實現小管徑或彎曲管道等復雜環境中測量流體流速。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明

圖1是基于微機械壓電超聲波換能器的流量計渡越時間測量裝置示意圖；