超声换能器制造技术

本发明专利技术说明一种用于安装在测量设备壳体（１）中的超声换能器，超声换能器包括换能器壳体（２）和壳体保持部（３ａ、３ｂ），换能器壳体（２）能够在安装状态下通过其发送侧和／或接收侧（４）被施加介质压力。本发明专利技术的任务在于提供一种安装在测量设备壳体内的超声换能器，所述超声换能器提供了避免串扰超声信号的另外的措施，并且至少部分避免了现有技术已知的缺点，其中，换能器壳体（２）在安装状态下至少间接地构成与壳体保持部（３ａ、３ｂ）接触的第一接触面（６），通过预紧装置（１４），换能器壳体（２）和壳体保持部（３ａ、３ｂ）至少间接地在第一接触面（６）中以现有的然而尽可能小的表面压力相互挤压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于安装在测量设备壳体内的超声换能器，其中，该超声换能器包括换能器壳体和壳体保持部，并且其中，该换能器壳体能够在安装状态下通过其发送侧 和/或接收侧被施加介质压力。
技术介绍
前述类型的超声换能器很久以来就是已知的，并且例如广泛应用于声学流量测量 设备中。超声换能器将电能转换成薄膜的偏置(Auslenk皿g)，所述薄膜设置在换能器壳体 的发送侧和/或接收侧上；在这种情况下，超声换能器充当超声发送器。反之亦然，设在发 送侧和/或接收侧上的薄膜通过存在于介质内的外部压力波动而被偏置并且这种偏置被 转换成相应的信号；在这种情况下，超声换能器充当超声接收器。在例如液面测量的一些应 用中，这种超声换能器不仅用作为超声发送器也用作为超声接收器，在流量测量区域内，超 声换能器通常或者用作为超声发送器，或者用作为超声接收器。 在声学流量测量中，主要利用了这样一种效应，S卩，在测量管中输送的介质中介 质的输送速度与声音信号的传播速度叠加。如果介质沿声音信号的方向输送，则相对于 测量管的所测得的声音信号的传播速度比之在静止介质内的大，如果介质沿反向于声音 信号的发出方向输送，则声音信号相对于测量管的速度比在静止介质内的小。在声音发 送器和声音接收器(两者都是超声换能器)之间的声音信号的输送时间基于伴随效应 (Mitf他reffekt)取决于介质相对于测量管进而相对于声音发送器和声音接收器的输送速 度。 在基于发射声音信号或者超声信号的测量中，在流量测量领域中存在的问题是，在超声换能器内生成的超声振动不仅从换能器壳体的发送侧和/或接收侧传递至超声换能器的周围介质内，而且所生成的振动经由换能器壳体(也许经由壳体保持部，如果是不同于测量设备壳体)则传递至所述测量设备壳体。因此不单出现在某些情况下发送功率的很大一部分丢失的问题，而且尤其由于对传递至测量设备壳体的超声波的所谓串扰也会导致明显的接收侧侧的串扰问题。这是由于，在接收侧例如不能区别出，经由介质接收到的超声信号是有效信号，还是通过测量设备壳体接收到的超声信号是有效信号，在这里，通过测量设备壳体传输的超声信号再次在接收超声换能器的换能器壳体内发生串扰。 尤其是在气体应用的情况下(也就是介质由气体构成的情况下)，从超声换能器传送至气态介质内的振动能量分量与全部生成的振动能量相比非常小，因而串扰问题在这里尤为严重。 针对如何能够降低从换能器壳体内的自身振动发生器传递至换能器壳体并且继 续传递至测量设备壳体的超声振动的串扰，现有技术已公开了各种各样的措施。 一些方法 涉及在结构方面延长从超声生成器(例如换能器壳体的发送侧和/或接收侧上的压电元 件)至向测量设备壳体上的过渡的传输路径。另一些措施涉及尝试对来自超声换能器和/ 或测量设备壳体的剩余部分的超声源进行声解耦，例如通过用材料实现声学过渡的方法，声学过渡造成糟糕的阻抗匹配，进而使得传递的有效分量较低。通常还会将多个措施相互 组合。 在气体应用的情况下还存在这样的问题，S卩，直接传递至气态介质内的能量分量 强烈依赖于压力以及介质密度。压力波动也将导致有效信号能量与串扰信号能量之比变化 很大，因此对超声信号的基于信号电平或者信号电平比的分析造成困难。
技术实现思路
因而本专利技术的任务在于提供一种安装在测量设备壳体上的超声换能器，所述超声 换能器实现了避免超声信号串扰的另外的措施，并且至少部分避免了现有技术的已知缺 点。 解决了先前引出的任务的本专利技术声学超声换能器的首要以及基本特征在于，换能 器壳体在安装状态下与壳体保持部至少间接地构成至少一个第一接触面，通过预紧装置， 换能器壳体和壳体保持部在第一接触面中至少间接地以现有的然而尽可能小的表面压力 相互挤压。通过换能器壳体在壳体保持部中以尽可能小的表面压力实现的支承获得换能器 壳体和壳体保持部之间的很好的声解耦，从而有效避免超声串扰。因为总而言之在壳体保 持部和换能器壳体之间实现了尽可能小的至少间接的表面压力，所以壳体保持部和换能器 壳体限定地互相支承，从而即使介质压力没有向超声换能器施加力，超声换能器也具有预 定的外部几何形状。 本专利技术的措施基于这样的认识，S卩，两个固体之间的声音传输进而超声传输不仅 取决于其材料特性和几何形状，而且也取决于具体怎样实现边界过渡。 一个固体向相邻固 体内的声音传输例如也取决于这些相邻固体是否相压，它们以何种力相互挤压(或者在接 触面上实现何种表面压力)，或者这些相邻固体是否以无作用力的方式仅依次放置。随着表 面压力增加，两个固体之间的声音传输变得更好。借助于根据本专利技术设计的预紧装置也达 到在限定壳体保持部和换能器壳体相互间的位置情况下在超声换能器中实现最小可能的 初始表面压力进而实现了最小可能的声音传输能力。 超声换能器的换能器壳体通常沿纵向延伸，其中，大部分呈压电晶体形式的真正 的超声源位于纵向延伸的换能器壳体的一端。压电晶体使薄膜偏置，由此超声波沿换能器 壳体的轴向延伸方向发射。 反之这意味着，周围介质的存在于换能器壳体之外的压力作用于换能器壳体上， 然而引起的压力加载及进而引起的力作用仅沿换能器壳体的纵向延伸部的轴向进行，也就 是作用于设置在发送侧和/或接收侧的薄膜上。现有的介质压力导致在通常的构造形式中 沿换能器壳体的轴向的在换能器壳体上的引起的力作用P。 本专利技术的一个优选构造方式规定，换能器壳体在通过介质施加压力的安装状态下至少间接地在第一接触面上压靠在壳体保持部上的力取决于换能器壳体通过介质引起的压力加载，所述力进而第一接触面内的表面压力也随介质压力的增加而增加。通过这样的措施就利用了上述知识，即，以提高两个固体(在此是换能器壳体和壳体保持部)之间的接触面上的表面压力的方式促进超声波从一个固体至另一个固体的传输。 在此，壳体保持部和换能器壳体之间的表面压力也能够间接通过位于壳体保持部和换能器壳体之间的固体来中转(vermittelt)，这样一方面在壳体保持部和中转固体之5间另一方面在中转固体和换能器壳体之间构造所述第一接触面，如果要描述的话这是指， 换能器壳体在安装状态下间接与壳体保持部构成第一接触面，在这里，通常不可避免地出 现第二接触面。 基于本专利技术的规定，在介质无压状态下，换能器壳体和壳体保持部以尽可能小的 表面压力至少间接地相互接触，实际上没有超声波从换能器壳体传输至壳体保持部。在换 能器壳体以前述方式支承在壳体保持部上的情况下，换能器壳体抵靠壳体保持部上(具体 来说，沿引起的压力加载的方向)的力随着介质压力增加而增加。由此虽然一方面造成了 对从换能器壳体传播至壳体保持部的超声波的串扰，然而另一方面也将声音能量的增加的 部分辐射到了介质中。 特别是在气态介质的情况下，介质压力的升高伴随介质密度的增加，从而以介质 压力增大并且促进了从换能器壳体传播至壳体保持部的超声波的串扰的程度，也促进超声 波从换能器壳体的发送侧和/或接收侧传输至介质内。结果通过该措施，有效信号功率与 串扰信号功率之比保持不变，至少在介质压力改变的情况下比之在已知结构情况下更少发 生变化，尤其是在这种结构中，其中借助于预紧装置的帮助带来的表面压力远远大于通过 介质施加压力加载带来的第一接触面上的表面压力。 根据本专利技术的超声换能器优选如此本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于安装在测量设备壳体（１）中的超声换能器，所述超声换能器包括换能器壳体（２）和壳体保持部（３ａ、３ｂ），并且所述换能器壳体（２）能够在安装状态下通过其发送侧和／或接收侧（４）被以介质压力加载，其特征在于，所述换能器壳体（２）与所述壳体保持部（３ａ、３ｂ）在安装状态下至少间接地构成至少一个第一接触面（６），通过预紧装置（１４）所述换能器壳体（２）和所述壳体保持部（３ａ、３ｂ）至少间接地在所述第一接触面（６）上以存在的然而尽可能小的表面压力相互挤压。

【技术特征摘要】
DE 2008-7-15 102008050040.2用于安装在测量设备壳体(1)中的超声换能器，所述超声换能器包括换能器壳体(2)和壳体保持部(3a、3b)，并且所述换能器壳体(2)能够在安装状态下通过其发送侧和/或接收侧(4)被以介质压力加载，其特征在于，所述换能器壳体(2)与所述壳体保持部(3a、3b)在安装状态下至少间接地构成至少一个第一接触面(6)，通过预紧装置(14)所述换能器壳体(2)和所述壳体保持部(3a、3b)至少间接地在所述第一接触面(6)上以存在的然而尽可能小的表面压力相互挤压。2. 根据权利要求l所述的超声换能器，其特征在于，所述换能器壳体(2)在通过所 述介质施加压力的安装状态下至少间接地在所述第一接触面(6)上压向所述壳体保持部 (3a、3b)所用的力是取决于所述换能器壳体(2)由于介质的引起的压力加载，所述力及从 而所述第一接触面(6)上的表面压力也随着介质压力的增加而增加。3. 根据权利要求1或2所述的超声换能器，其特征在于，通过所述预紧装置(14)造成 的至少间接的、在所述第一接触面(6)上的表面压力小于10MPa，优选小于7MPa，特别优选 小于6MPa，并且尤其优选小于5MPa。4. 根据权利要求1至3之一所述的超声换能器，其特征在于，通过所述预紧装置 (14)造成的、至少间接的在所述第一接触面(6)上的表面压力大于0.001MPa，优选大于 0. 005MPa，特别优选大于0. OlMPa，并且尤其优选大于0. 05MPa。5. 根据权利要求1至4之一所述的超声换能器，其特征在于，所述预紧装置(14)整体 在所述换能器壳体(2)和所述壳体保持部(3a、3b)之间作用，从而随着介质压力越来越大， 所述预紧装置(14)越来越松弛。6. 根据权利要求1至5之一所述的超声换能器，其特征在于，所述壳体保持部(3a、3b) 包括第一保持件(3a)和第二保持件(3b)，所述换能器壳体(2)插入所述第一保持件(3a)， 在所述第一保持件(3a)的一侧所述第一保持件(3a)的凸肩(11)和所述换能器壳体(2) 的凸肩(12)对置，并且在所述第一保持件(3a)的另一侧区域内所述第二保持件(3b)与所 述换能器壳体(2)连接，并且所述第二保持件(3b)与所述第一保持件(3a)阻挡地对置，尤 其是所述第二保持件(3b)是形状配合连接的固定环。7. 根据权利要求6所述的超声换能器，其特征在于，所述预紧装置(14)设置在所述第 一保持件(3a)和所述第二保持件(3b)之间，并且一方面支承在所述第一保持件(3a)上而 另一方面或者支承在所述第二保持件(3b)上或者支承在所述换能器壳体(2)上。8. 根据权利要求1至7之一所述的超声换能器，其特征在于，所述预紧装置(14...

【专利技术属性】
技术研发人员：JM范克卢斯特，A休泽，
申请(专利权)人：克洛纳有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]