紧凑的广角声换能器制造技术

用于发射和接收声波的换能器，该换能器的操作方法和生产方法。该换能器包括形成腔的壳。该壳包括激发面和发射面，该发射面被布置在该激发面的对面。换能器元件被提供在该激发面处，并且声扩散器被提供在该壳的发射面处，其中该声扩散器的扩散结构面对该腔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】紧凑的广角声换能器
本说明书涉及声换能器(acoustictransducer)，该声换能器通过使用扩散的内部反射用于生成广角的扩展压力分布。
技术介绍
US4,156,863公开了一种广角的宽带宽的换能器，其通过提供多个换能器元件的矩阵将声信号发射到一个宽的区域，所述多个换能器元件的矩阵沿弯曲表面径向向外指向。相比之下，根据本说明书所述的广角换能器使用一个或多个提供在壳的腔内的声扩散器。
技术实现思路
本说明书公开了用于发射和接收声波的换能器。该换能器也称为“广角换能器(wideangletransducer)”。特别地，由该换能器发射和接收的声波可以是被传送通过流体的超声波，该流体穿过封闭的或敞开的流体管道。该换能器包括壳，该壳围成腔。换句话说，该壳形成或界定了腔。该壳的腔包括填充料，例如液体或凝胶、环氧树脂材料(epoxymaterial)或其他塑料。该填充料提供来自和到达该壳的这些面的耦合(acouplingfromandtothesurfacesofthecasing)。特别地，该填料可以基本上完全填满该空腔的内部空间。该空腔的内部空间是由该腔和突出进入该腔的任何元件界定。简言之，该腔的内部空间也称为腔，其中该意思从上下文显而易见，或称为“声腔”。如果该填料或传送介质是由液体或凝胶提供的，该壳可被制成不透水或不透液体以保证没有空气会被滞留或凝胶会渗漏。该广角换能器的壳包括激发面(excitationsurface)和布置在该激发面对面的发射面(emittingsurface)。特别地，该激发面和该发射面可被提供为平行于彼此，并且位于该壳的相反端。但是，该发射面也可以相对该激发面倾斜。此外，该激发面和该发射面可提供为平的面。在其他实施方案中，该发射面或该激发面可以是弯曲的，例如，与圆管道的形状一致。特别地，该激发面或该发射面的外部部分可被提供为平的面或为弯曲的面。该壳的内部空间(其中提供有一个或多个扩散器)可具有容易制造的特别简单的形状，比如长方体或圆柱体，特别是圆筒。长方体特别适合将具有矩形底面的扩散器安装到该壳内。在一个实施方案中，该壳具有长方体形状，并且该发射面和该激发面被提供为该长方体的相对面。举例来说，该壳可由塑料制成或它也可由金属材料制成。该换能器包括至少一个超声换能器元件，其被结合到该壳的激发面或被提供在壳的激发面处。例如，该换能器元件可被插入穿过该激发面和/或它可被焊接、锡焊或粘到该激发面上。举例来说，该换能器元件(transducerelement)或该这些换能器元件(transducerelements)可以通过压合或通过形状配合(formfit)与该激发面连接。该换能器元件或该这些换能器元件从该壳的外部可访问并且可与电缆连接用于向该换能器元件或该这些换能器元件提供激发信号或用于传送接收的信号。声扩散器被提供在该壳的反射面处。该声扩散器的扩散结构面对该腔。换句话说，该扩散结构突出进入该腔界定的内部空间。为了更好地扩散该腔内的声波，可提供第二扩散器。特别地，该第二扩散器可被提供在该第一扩散器的对面并且使得该第二声扩散器的扩散结构面对该第一声扩散器的扩散结构。该这些扩散结构彼此面对或朝向彼此指向，从这个角度来说该这些扩散器结构之间存在视线。特别地，该这些扩散结构可彼此相关布置使得由该这些扩散结构界定的各自平均方向在预定角度内(比如10度、20度或45度)指向相反的方向。例如，可布置两个柱式扩散结构(twocolumntypediffusingstructures)使得该第一扩散结构的这些柱在预定角度内(比如10度、20度或45度)朝向该第二扩散结构的这些柱指向。具体地，可布置该这些声扩散器使得该这些声扩散器的各自底面平行对齐。可选择各自的对齐线(respectivealignments)和该这些扩散结构彼此之间的距离使得该这些扩散器中的一个发射的声的大部分被另一个扩散器接收。从而，提供该这些扩散器之间的有效耦合。例如，两个柱式扩散结构之间的距离可以是使得该这些扩散结构之间的最小距离不大于该这些柱之间的最大高度差异的10％、20％或50％。该扩散器的底面可以基本上完全覆盖该发射面或该激发面。同样地，各自扩散结构可以基本上完全覆盖该发射面或该激发面。具体地，“基本上完全”可以指该发射面或该激发面的90％或更多，95％或99％或更多。特别地，该扩散结构可以通过突出物实现，或通过各自声扩散器的底面上的上部结构实现，比如与该底面垂直或与该底面呈一个角度对齐的壁或柱。该第二声扩散器被提供在或附接到该激发面上使得该第二声扩散器的扩散结构面向该腔。该第二扩散器可以是与该第一扩散器相同的类型或者它可以是不同的类型。举例来说，该这些扩散器可以通过焊接、粘合、螺丝钉连接(screws)、锚钉连接(bolts)、形状配合或压合附接到各自面或壳上。举例来说，该激发面或该发射面可由该壳的一部分或由壳的一部分和附接到该壳上的进一步的元件提供。此外，该这些各个声扩散器可被提供在各自激发面的内部分(internalportion)或在该壳的内部分。该壳可以包括用于交换液体或凝胶和用于排气目的的开口。此外，该壳可以包括用于插入或交换该声扩散器目的的在一边的盖子。在一个实施方案中，该盖子被粘到或焊接到该壳上。根据另一个实施方案，该盖子通过螺丝钉固定。在后一种情况中，可以提供密封件或垫圈，比如密封圈或类似物。特别地，该声扩散器的扩散结构(thediffusingstructureoftheacousticdiffuser)或该这些声扩散器的这些扩散结构(thediffusingstructuresoftheacousticdiffusers)可以包括柱式扩散结构。更具体地，该扩散结构或该这些扩散结构可由柱式扩散结构组成或由柱式扩散结构提供。该柱式扩散器结构又名地形结构(terrainstructure)，其中该柱式扩散器的这些柱具有统计学分布的高度。在这种情况中，该扩散器也被称为柱式扩散器。该统计学分布的高度可由预定的算法定义，并且给定高度的概率可以取决于在该底面上的位置，其可用直角坐标x和y说明。或者，该给定高度的概率也可以取决于离该扩散结构或该声扩散器的底面上的位置的距离。一般而言，底尺寸，该这些柱的高度和其他尺寸规格取决于超声波波长。根据一个实施方式，柱式声扩散器的这些柱的底尺寸在0.5平方毫米和1.6平方毫米之间。特别地，柱横截面可以是矩形或正方形，并且该横截面的尺寸可以是0.75mmx0.75mm和1.25mmx1.25mm之间。另外，该柱横截面从该这些柱柱的底到顶可以是相同的，由此，该底尺寸与该横截面尺寸是相同的。根据进一步的实施方式，柱式声扩散器的这些柱的底尺寸在3平方毫米和5平方毫米之间。特别地，柱横截面可以是矩形或正方形，并且该横截面的尺寸可以在1.75mmx1.75mm和2.25mmx2.25mm之间。该这些柱的高度范围取决于应用的超声波波长。在一个具体例子中，该声扩散器的最小和最大柱之间的高度范围可以在1mm和10mm之间选择。为了好的扩散效果，该第二扩散器的高度结构可选择为不同于该第一扩散器的高度结构，例如，一个扩散器的这些柱高度可以统计学独立于各自其他扩散器的这些柱高度。根据一个进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于发射和接收声波的换能器，所述换能器包括壳，所述壳形成腔，所述壳包括：激发面和发射面，所述发射面被布置在所述激发面的对面，换能器元件，所述换能器元件被提供在所述激发面处，声扩散器，所述声扩散器被提供在所述壳的发射面处，其中所述声扩散器的扩散结构面对所述腔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.25 IB PCT/IB2016/0523201.用于发射和接收声波的换能器，所述换能器包括壳，所述壳形成腔，所述壳包括：激发面和发射面，所述发射面被布置在所述激发面的对面，换能器元件，所述换能器元件被提供在所述激发面处，声扩散器，所述声扩散器被提供在所述壳的发射面处，其中所述声扩散器的扩散结构面对所述腔。2.根据权利要求1所述的换能器，所述换能器包括第二声扩散器，所述第二声扩散器被提供在所述激发面处，其中所述第二声扩散器的扩散结构面对所述腔。3.根据权利要求2所述的换能器，其中所述第二声扩散器的扩散结构面对所述第一声扩散器的扩散结构。4.根据前面权利要求的一项所述的换能器，其中所述声扩散器的扩散结构或所述这些声扩散器的这些扩散结构包括柱式扩散结构。5.根据前面权利要求的一项所述的换能器，其中所述声扩散器的扩散结构或所述这些声扩散器的这些扩散结构包括室式扩散结构。6.根据前面权利要求的一项所述的换能器，其中所述声扩散器或所述这些声扩散器由金属材料制成。7.根据权利要求1到5的一项所述的换能器，其中所述声扩散器或所述这些声扩散器由塑料制成。8.根据前面权利要求的一项所述的换能器，其中所述声扩散器或所述这些声扩散器通过3D打印工艺制成。9.根据前面权利要求的一项所述的换能器，其中所述腔是矩形腔。10.根据前面权利要求的一项所述的换能器，所述换能器包括针形换能器，所述针形换能器延伸穿过所述腔并且直到所述发射面。11.根据前面权利要求的一项所述的换能器，所述换能器包括板形换能器，所述板形换能器被提供在所述发射面处。12.根据前面权利要求的一项所述的换能器，所述换能器包括第一换能器元件、第二换能器元件和第三换能器元件，所述第二换能器元件和所述第三换能器元件被提供在所述激发面处，并且所述第一换能器元件与所述发射面接触。13.根据权利要求12所述的换能器，其中所述第一换能器元件是板形换能器，所述板形换能器被提供在所述发射面处。14.根据权利要求12所述的换能器，其中所述第一换能器元件被布置在所述发射面的中心位置。15.根据权利要求12或14所述的换能器，其中所述第一换能器元件是针形换能器，所述针形换能器延伸穿过...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·沃纳·海思，克劳斯迪特尔·欧迟，特朗·栋·隆，
申请(专利权)人：GWF测量系统有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH