CN100594362C - 超声多普勒流量计中使用的楔形和楔形单元 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个楔形单元，用于一个超声多普勒流量计，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，包括一个楔形的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射波；以及一个超声波衰减单元，安装在管子的外圆周上，使得包括一个位置，在该位置的超声波从超声振荡器通过楔形注入到管子时，当从管子内壁反射后，首先到达管子外壁。

Description

超声多普勒流量计中使用的楔形和楔形单元

技术领域

本发明涉及超声多普勒流量计中使用的一个楔形和一个楔形单元，安装在(例如夹紧在)一个管子的外壁上，流体在此中流动，对流体供给一个超声波(超声)，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元。

背景技术

传统超声多普勒速度分布计之一是一个钳制超声流量计。钳制超声流量计用于测量一个管子中一个流体的流速，通过安装(例如夹紧)一种材料用于传播一个波到管子中，即，一个楔形在管子的一部分外部圆周上并发射波通过楔形进入到管子中。除非特别说明，在这里假设流体在管子中水平地流动。

钳制型超声流量计包括一个传播时差以及一个多普勒方法型。

在一个传播时差方法钳制型超声流量计中，超声波斜射入流体中并从那里返回，由此通过向外和返回传播之间的传播时差来测量流速。

而在多普勒方法钳制型超声流量计中，流体速度通过悬浮微粒等等的速度测量(即计算)，基于流体中的悬浮微粒和气泡与流体含有相同速度的假设。在多普勒方法中，重点集中在注入到流体中的一个超声波的频率由多普勒效应改变，结果是被悬浮微粒反射，并且由此通过探测反射超声波的频率来测量微粒速度。

图1示出了一个传统多普勒方法钳制型超声流量计的配置。

图1中，多普勒方法钳制型超声流量计例如包括一个楔形14，在一个表面上由此安装在一个管子31的一部分外部圆周上，在另一个表面上由此安装一个超声振荡器13，用于响应于一个电信号而产生一个超声波并接收从管子31中的流体返回的反射超声波，一个发射器/接收器电路12用于产生一个脉冲电信号并将该信号供给超声振荡器13用于驱动它，以及一个流速计算单元(包括一个放大器21，A/D转换器22，速度分布测量单元23，计算器24和显示单元15)。

发射器/接收器电路12例如包括一个振荡器以及一个脉冲发生电路。振荡器产生一个含有基频f0的电信号，脉冲发生电路以指定的间隔(即1/F rpf)输出一个脉冲电信号。超声振荡器13通过在此加上的脉冲电信号产生一个超声脉冲。然后超声脉冲通过楔形14传输到管子31。

注意基频f0基本上是以反比于管子31内径确定的一个需要的频率。另外，超声脉冲是一个平动束，例如含有约5mm的脉冲宽度。

同时，楔形14上面安装超声振荡器13的表面倾斜一定角度，使得该表面的法线与管子31横切面表面的法线方向交叉角小于90度。

同时，超声振荡器13作为接收器用于接收回声超声波，它由超声振荡器13发射的一个超声波生成，由悬浮在管子31中流动的流体32的一个反射体反射，以及作为发射器的功能。

流体32中这样的反射体包括流体中持续包含的一个气泡，一个微粒例如铝微粒，一种外来的材料，与测量的流体具有不同的声阻抗，等等。

然后图1所示的多普勒方法钳制型超声流量计的工作描述如下。

首先，从超声振荡器13通过由此施加一个脉冲电信号，将一个超声脉冲注入管子31中的流体32中，超声脉冲由悬浮在流体32中的一个反射体反射回来，由超声振荡器13作为一个超声回声接收，然后转换为一个回声电信号。

回声电信号由放大器21放大，放大的回声电信号由A/D转换器22数字化。

然后数字化回声电信号输入到速度分布测量单元23中。尽管图1没有明确描绘，速度分布测量单元23接收一个电信号，它含有从发射器/接收器电路12的振荡器的基频f0；根据一个回声电信号和含有基频电信号之间的频率差，基于多普勒效应测量速度变化，计算相应区域中沿测量线的速度分布；通过使用上面描述的倾斜的角度修改对测量区计算的流速分布，由此计算管子31沿横截面的流速分布。

图1所示的流速计算单元和发射器/接收器电路的配置是一个实例，其它类型的(发射器/接收器和计算单元)也是可用的。

发明公开

然后在下面描述一个传统多普勒方法钳制型超声流量计涉及的流速分布测量技术的问题。在进入细节前，问题总结如下。即，用于测量流速或速度分布的超声回声伴随着由多次反射造成的声学噪声。

既然对本发明的方法问题的鉴别占有重要角色，上面描述的问题将在下面进一步描述。

参考图2描述一个超声多普勒流量计的工作原理。

如图2的顶部所示，由超声振荡器发射的超声脉冲注入到管子31中，以一种方式与流体32的流动方向合并，使得在相对于垂直方向α角下测量。超声脉冲由一个例如一直悬浮在流体中的反射体遇到并由此被反射，将它本身变换成一个超声回声，返回相反方向，并由超声振荡器13接收，并且然后转换成一个回声电信号。

图2的第二部分示出了例如如图1所示的A/D转换器22的输出。在图2的第二部分中，由符号“a”标明的部分相应于由一个反射体反射的一个超声回声，“b”相应于由发射超声脉冲这边的管壁反射的多次反射回声，以及“c”相应于由从超声脉冲注入的管壁相反的一边管壁反射的多次反射回声。由符号“a”，“b”和“c”标明的信号部分将响应于从超声振荡器发射的超声脉冲，以规定的间隔“1/F rpf”重复。

对图2第二部分所示的回声电信号进一步进行一个A/D转换处理和一个滤波处理，然后根据多普勒频移方法由流速分布测量单元计算沿测量线的流速分布。多普勒频移方法是一个速度测量方法，使用的原理是上面描述的超声回声的频率移动正比于流速。

图2的第三部分(底部)示出了流速分布测量单元的输出，流速分布测量单元的输出，其中水平轴表示沿测量线的位置，而垂直轴表示相应于各自位置的流速。

随着流速的获得，使用下面的程序计算出流速。这种方法公开于各种文献，例如下面注解的专利文献1。

首先，在一个时间t的流速m通过下面的方程(1)给出，其中ρ为在测量下流体的粘滞性，v(x，t)为在时间t下的速度分量。

m(t)＝ρ∫v(x，t)dA....(1)

从方程(1)，在管子中时间t流动的流体的流速m可以转化成下面的方程(2)。

m(t)＝ρ∫∫vx(r，θ，t)·r·dr·dθ....(2)

这里vx(r，θ，t)表示沿管轴(即管轴方向)的一个速度分量，在时间t，距离r，从管子横截面中心，以及以从中心位置经过横截面的中心位置的角θ方向。

[专利文献1]日本专利公开申请发表2000-97742，“超声多普勒流量计”

上面描述的程序使得精确地探测一个速度分布以精确计算流速是必要的。这种必要独立于流体经受正常或不正常条件下的测量。

进一步，既然流速分布的获得是通过信号处理从一个反射体返回的一个超声回声，理想地，超声回声应该单独含有需要的(优选的)声学信号。

在这样的一个多普勒方法钳制型超声流量计中，然而由于一个管子的声阻抗(即它的材料)大于管子中流体的声阻抗，通过楔形从超声振荡器注入进管子的超声波在管子和流体的边界处大部分反射进管壁，接着是在管壁中(即在管子的外壁和内壁之间)的一个多次反射。实事是多次反射大于从内壁进管子内部的发射，这导致了需要的超声回声与大量的声学噪声耦合，这样导致流速确定中的误差。

然后参考图3详细阐述上面描述的现象。

在图3中，从超声振荡器13中发射的超声波沿入射线201注入到楔形14中，然后沿入射线202a进入管子31，直到管子31的内壁。

在管子31的内壁上，超声波分成一个穿透内壁并沿入射线202b透进流体的分量超声波，以及另一个被管子内壁反射沿侧线203朝向管子外壁的分量。

到达外壁的超声波由此几乎被完全反射并再一次沿侧线204a朝向内壁，接着类似地分支成一个分量超声波，沿侧线204b透进流体32，以及另一个分量超声波，由内壁反射并朝向外壁。

当沿着上面描述的这些线(路径)来回进行时，每个分量超声波将会由超声振荡器13作为一个超声回声接收，并且由此获得了一个速度分布以及结果获得了流速。

即，沿入射路径202b，202a，201走的超声回声返回到超声振荡器13，以及沿侧线204b，204a，203，202a，201走的回声返回到超声振荡器13。在这些之中，沿入射线202b，202a，201走返回到超声振荡器13的超声回声成为“优选超声回声”。

联系图3的问题是优选超声回声伴随着沿沿侧线204b，204a，203，202a，201返回到超声振荡器13的超声回声，例如是作为声学噪声。

首先，为了描述上面的问题，将导出众所周知的方程。

图4描述了一个声波从介质1前进至介质2的方式，或者反射或者在两介质1和2之间的界面透过。

图4中，当一个声波以从界面的垂直方向的一个入射角θin从介质1进入2，被反射或者透射(穿透)波通过下面的方程(3)给出(基于斯涅尔定律)。

$\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}}{c_1}=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{out}}}{c_2}=\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ref}}}{c_1}...\left(3\right)$

其中在方程(3)中c1是介质1中的声速，c2是介质2中的声速，θin是介质1中的入射角，θout是介质2中的入射角以及θref是介质1中的反射角。

同时，介质1和2各自的声阻抗Z1和Z2，每个通过方程(4)和(5)给出。

z₁＝ρ₁c₁...(4)

z₂＝ρ₂c₂...(5)

在方程(4)和(5)中，c1是介质1中的声速，c2是介质2中的声速，ρ1是介质1的密度，ρ2是介质2的密度。

在这种情况下，一个声压力波的穿透和反射比分别通过方程(6)和(7)给出。

$T_p=\frac{2Z_2\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}}{Z_2\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}+Z_1\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{out}}}...\left(6\right)$

$R_p=\frac{Z_2\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}-Z_1\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ref}}}{Z_2\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{in}}+Z_1\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ref}}}...\left(7\right)$

在管子界面的反射比和穿透比以及管子中的流体通过将这些方程施加到管子(它的材料)和流体而得到。

图5示出了在使用不锈钢作为管子材料以及水作为在此流动的流体的情况下的一个实例计算。

不锈钢的声速3250m/秒以及密度7.91＊10³kg/m³，而水的声速1490m/秒以及密度1.00＊10³kg/m³。

如图5所示，假设超声波从管子的入射角为47°(度)，通过使用方程(6)和(7)得到穿透率6％，反射率94％，很明显大部分超声波在管壁中被反射，留下很少部分由此穿透到水中。

同样可以计算由管子内壁反射的超声波的透射和反射率。

既然不锈钢在管子外壁上与空气接触，它的声速344m/秒以及密度1.293＊10³kg/m³，使用方程(6)和(7)得到穿透率0.001％，反射率99.999％。即，大部分超声波在壁内被反射，而不是被发射到空气中。

还是对超声波到达管子(由不锈钢制成)和流体(这种情况下是水)进行同样的计算，得到声压穿透进水的比为5.4％，其中该比值是相对于声压最初穿透进管子，考虑为100％。

为了示出超声回声如何响应于一个初始穿透波，即优选的超声波，实际上伴随着由一个反射波导致的一个超声波，必须规定管子的壁厚和内径。

这里对管子假设厚度6mm，内径102mm。

从入射角(即该情况下47°)计算入射路径(长度)，通过除以各自介质的声速(例如该情况下为不锈钢或水)计算在介质中传播的时间。

比较沿内壁侧线204b和202b的相应位置，沿侧线204b在某一位置出现的超声回波，由超声振荡器13稍后一个相应于沿侧线203和204a传播(来回)的时间，以比较于在相应位置沿侧线202b发生的超声回波。

因此，沿侧线204b随机位置发生的超声回声由超声振荡器13连续地根据时间接收，这个时间段由超声波和超声回波沿侧线203和204a来回传播的时间延迟重叠，沿入射线202b随机位置发生的超声回声的时间段由超声振荡器13连续地根据时间接收。

图6示出了超声回声如何被重叠并由超声振荡器接收。

图6中，从上面描述的管子厚度和内径以及入射角，沿侧线203和204a的回程距离是12.2mm＊4＝48.8mm，使得由于回程的延迟时间是15微秒，对不锈钢管取横波速度为3250m/秒。取水中的声速1490m/秒，超声波沿侧线例如202b和204b的回程时间为137微秒。因此从侧线202b和204b的重叠超声回声信号是重叠的并由超声振荡器13接收，如图6所示的持续时间X。

图7示出了作为回声信号被重叠的结果，噪声是如何产生的。

图7中，标记I示出了基于超声回声沿入射路径202b的流速分布；标记II示出了基于超声回声沿侧线204b的流速分布；以及标记III示出了作为与基于超声回声沿入射和侧线路径的流速分布重叠的结果的流速分布。图7使得很明显，流速分布(即由III表明的)作为一个测量结果从一个优选(需要的，希望的，实际的，必须的)流速分布漂移了。

图8是传统多普勒方法钳制型超声流量计装备一个楔形，同时夹住部分管子的横截面图。该图还示出了联系传统技术的第二问题。

图8中，一个楔形52安装有一个超声振荡器51，夹紧在一个管子53的一部分外壁上。

图8相应于一个情况，其中比较于超声振荡器的直径，管子厚度较小(即前者和后者的比值小于规定的值)。这种情况下，多次反射发生在超声束宽度内，如该图所示。即，一个超声束从管子外壁位置例如P11进入，到达位置P12，它与另一个从外壁进入的超声束重叠，由此产生多次反射。

用于测量(计算)管子中流速的入射线(路径)的数目根据多次反射的数目而增殖。沿结果的侧线传播的超声回声信号与需要的超声回声信号重叠，导致了在计算流速分布或流速中误差的问题。

发明内容

本发明的目标是提供一个楔形和一个楔形单元，用于一个超声多普勒流量计，适合于降低声学噪声。

本发明的第一楔形单元是一个用于一个超声多普勒流量计的楔形单元，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，包括一个楔形的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射波；以及一个超声波衰减单元，安装在管子的外圆周上，使得包括一个位置，在该位置的超声波从超声振荡器通过楔形注入到管子时，当从管子内壁反射后，首先到达管子外壁。

同时，本发明的一个楔形是一个用于超声多普勒流量计的楔形，安装在一个其中流动流体的管子外壁，对流体供给一个超声信号，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，其中楔形一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射波，以及确定超声振荡器的直径，使得超声振荡器发射的加在管子外壁的超声波投影尺寸，依赖于楔形安装超声振荡器的另一个表面的倾斜角，不超出超声波从管子外壁注入的位置和超声波由内壁反射后首先到达管子外壁的位置之间的差。

同时，本发明的第二个楔形单元是一个用于超声多普勒流量计的楔形单元，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，包括一个楔形的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射波，以及在楔形和管子之间安装的一个衬垫。

附图说明

图1示出了一个传统多普勒方法钳制型超声流量计的配置；

图2示出了一个超声多普勒流量计的工作原理，其中第一部分示出了一个超声脉冲如何注入到管子中；第二部分示出了如图1所示的A/D转换器的输出；以及底部示出了图1所示的流速分布测量单元的输出；

图3描述了在一个传统实例中，伴随噪声的一个超声回声；

图4描述了一个声波从介质1前进至介质2的方式，或者反射或者在两介质1和2之间的界面透过；

图5示出了在使用不锈钢作为管子材料以及水作为在此流动的流体的情况下的一个实例计算；

图6示出了一个传统实例中，沿各种侧线的超声回声如何被重叠并由超声振荡器接收；

图7示出了作为回声信号被重叠的结果，噪声是如何产生的；

图8是传统多普勒方法钳制型超声流量计装备一个楔形，同时夹住部分管子的横截面图，以及还解释了联系传统技术的第二问题；

图9示出了根据本发明第一实施例，用于一个超声多普勒流量计的一个楔形单元配置；

图10是从图9右边的横截面图(No1)；

图11是从图9右边的横截面图(No2)；

图12示出了在使用一个材料透过一个超声波的情况下，该材料外表面的变化；

图13示出了根据本发明第二实施例，用于一个超声流量计的一个楔形单元的截面图；

图14示出了如何确定一个超声振荡器的直径；

图15示出了根据本发明第三实施例，用于一个超声流量计的一个楔形单元的截面图；

图16示出了根据本发明第四实施例，用于一个超声流量计的一个楔形单元的截面图；

图17示出了根据本发明第五实施例，用于一个超声流量计的一个楔形单元的截面图；

图18示出了如何确定一个衬垫的厚度。

具体实施方式

参考下面的附图详细描述得到本发明的优选实施例。

本发明第一方面的一个楔形单元，用于一个超声多普勒流量计，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，包括一个楔形的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射波；以及一个超声波衰减单元，安装在管子的外圆周上，使得包括一个位置，在该位置的超声波从超声振荡器通过楔形注入到管子时，当从管子内壁反射后，首先到达管子外壁。

这里，安装一个超声波衰减器是安装在管子的外部圆周上，使得包括一个位置，在该位置的反射超声波首先到达管子外壁，并由此吸收一部分到达管子外壁的超声波，使得回声信号能够衰减，导致噪声沿管子外壁的进一步反射导致的侧线返回，并且由超声振荡器接收并减少声学噪声。

本发明第二方面的一个楔形单元，用于一个超声多普勒流量计，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，包括一个楔形的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射波；以及一个超声波传输单元，含有近似与管子相同的一个声阻抗，并安装在管子的外圆周上，使得包括一个位置，在该位置的超声波从超声振荡器通过楔形注入到管子时，当从管子内壁反射后，首先到达管子外壁。

这里，一个超声波传输单元安装在管子的外圆周上，使得包括一个位置，在该位置的反射超声波首先到达管子外壁，并由此传输超声波到达管子外壁，通过散射从管子外壁传输的超声波，使得能够降低返回超声振荡器的回声信号，结果进一步防止超声波传输单元的表面反射并降低声学噪声。

本发明第三方面的一个楔形单元，用于一个超声多普勒流量计，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，包括一个楔形的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射波，以及确定超声振荡器的直径，使得超声振荡器发射的加在管子外壁的超声波投影尺寸，由楔形安装超声振荡器的另一个表面的倾斜角确定，不超出超声波从管子外壁注入的位置和超声波由内壁反射后首先到达管子外壁的位置之间的差。

这里，通过超声波在超声振荡器投影的直径内互相重叠，避免侧线的增殖是可能的，并从优选的超声回声中排除偏差，结果是它伴随超声回声信号沿增加的侧线返回。

同时，本发明第四方面的一个楔形单元，用于一个超声多普勒流量计，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，包括一个楔形的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射波；以及一个超声波衰减部件，用于衰减对一个超声回声信号增加噪声的一个超声波分量，其中确定超声振荡器的直径，使得超声振荡器发射的加在管子外壁的超声波投影尺寸，由楔形安装超声振荡器的另一个表面的倾斜角确定，不超出超声波从管子外壁注入的位置和超声波由内壁反射后首先到达管子外壁的位置之间的差，以及一个超声波衰减部件安装在管子的外圆周上，使得避免由超声振荡器产生的超声束的投影。

这里，可能阻止超声波进入管子外壁以及由此的反射，结果首先在第四个方面，以及在第三个方面进入超声衰减材料。

同时，本发明第五方面的一个楔形单元，用于一个超声多普勒流量计，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，包括一个楔形的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射波；第一和第二束直径限制单元用于限制由超声振荡器发射的一个超声束直径，并安装在楔形的底表面上，由此第一和第二束直径限制单元中至少一个加倍，作为一个超声波衰减部件用于衰减给超声回声信号加上噪声的一个超声波分量。

这里，由于在限制的束直径内超声波互相重叠，降低侧线的增加比率是可能的，相应于结合一个狭缝和一个超声波衰减部件，并且由需要的超声回声信号导致的误差与通过增加的侧线接收的一个超声回声信号相重叠。

在上面描述的第五个方面中，可以安装束直径限制单元或超声波衰减部件，使得入射在管子外壁的束的投影尺寸，不超出从管子外壁注入的任何束的位置和该束由内壁反射后首先到达管子外壁的位置之间的差。

同时，本发明第六方面的一个楔形单元，用于一个超声多普勒流量计，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，其中一个楔形的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射信号，并且安装有一个束直径限制单元，用于限制由楔形内的超声振荡器发射的超声束直径。

这里，由于超声波的互相重叠，降低侧线的增加比率是可能的，相应于限制束直径的狭缝的延伸，并且由需要的(优选的)超声回声信号导致的误差与通过增加的侧线接收的一个超声回声信号相重叠。

同时，本发明第七方面的一个楔形单元，用于一个超声多普勒流量计，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，包括一个楔形的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上由此安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射波，以及另外在它的内部安装有一个束直径限制单元，用于限制由楔形内的超声振荡器发射的超声束直径；以及一个超声波衰减部件，用于衰减给一个超声回声信号增加噪声一个超声波分量。

在上面描述的第七方面，束直径限制单元可以安装在楔形内部，使得入射在管子外壁的限制束直径的投影尺寸，不超出任何束从管子外壁进入的位置和该束由内壁反射后首先到达管子外壁的位置之间的差。

还是在上面描述的第七方面，超声波衰减部件可以安装在管子外部圆周上，使得避免一个位置，在该位置从超声振荡器发射的一个超声波首先到达管子外壁。另外，在上面描述的第七方面，超声波衰减部件可以安装在管子外部圆周上，使得包括一个位置，在该位置一个超声波由内壁反射后，首先到达管子外壁。

同时，本发明第八方面的一个楔形单元，用于一个超声多普勒流量计，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，包括一个楔形的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收反射波，以及一个安装在楔形和管子之间的衬垫。

这里，由于在一个超声振荡器直径内超声波互相重叠，通过衬垫安装在楔形和管子外壁之间，降低侧线的增加比率是可能的，以及由需要的(优选的)超声回声信号导致的误差与通过增加的侧线接收的超声回声信号相重叠。

在上面描述的第八个方面中，可以调整衬垫的厚度，使得由超声振荡器发射的超声束的投影尺寸，它依赖于安装超声振荡器的楔形的另一个表面入射角，并加在衬垫和楔形的接触表面上，不超出超声波从接触表面进入的位置和超声波由内壁反射后首先到达管子外壁的位置之间的差。

通过这种配置，在一个超声振荡器的直径内避免侧线的增加是可能的，并且由需要的(优选的)超声回声信号导致的误差与通过增加的侧线接收的超声回声信号相重叠。

根据本发明第一方面的用于一个超声多普勒流量计的一个楔形单元，既然安装了一个超声波衰减单元，使得包括一个位置，在该位置一个超声波首先到达管子外壁，由此吸收一部分到达管子外部的超声波，使得衰减噪声增加超声回声信号是可能的，它被超声振荡器接收通过在管子外壁进一步反射引起的侧线，并减少声学噪声。另外降低声学噪声能够改进速度分布和流速测量的精确性。

根据发明第二方面的用于一个超声多普勒流量计的一个楔形单元，既然安装了一个超声波衰减单元，使得包括一个位置，在该位置一个超声波首先到达管子外壁，由此传输超声波首先到达管子外壁，通过散射从管子外壁传输的超声波，超声波传输单元的表面的进一步反射，以及声学噪声，使得降低超声振荡器接收的噪声增加超声回声信号是可能的。另外降低声学噪声能够改进速度分布和流速测量的精确性。

根据发明第三方面的用于一个超声多普勒流量计的一个楔形单元，通过超声波在超声振荡器投影的直径内互相重叠，避免侧线的增殖是可能的，并从优选回声中排除偏差，结果是它伴随超声回声信号沿增加的侧线返回。因此能够降低声学噪声。

根据发明第五方面的用于一个超声多普勒流量计的一个楔形单元，由于在限制的束直径内超声波互相重叠，降低侧线的增加比率是可能的，相应于结合一个狭缝和一个超声波衰减部件，并且由需要的(优选的)超声回声信号导致的误差与通过增加的侧线接收的一个超声回声信号相重叠。然后这能够降低声学噪声。

根据发明第六方面的用于一个超声多普勒流量计的一个楔形单元，由于束直径内的超声波互相重叠，降低侧线的增加比率是可能的，相应于狭缝限制束直径的延伸，并且由需要的超声回声信号导致的误差与通过增加的侧线接收的超声回声信号相重叠。因此能够降低声学噪声。

根据发明第八方面的用于一个超声多普勒流量计的一个楔形单元，由于在超声振荡器直径内超声波互相重叠，通过衬垫安装在楔形和管子外壁之间，降低或排除侧线的增加比率是可能的，以及由需要的超声回声信号导致的误差与通过增加的侧线接收的超声回声信号相重叠。因此能够降低声学噪声。

图9示出了根据本发明第一实施例，用于一个超声多普勒流量计的一个楔形单元配置。

图9中，用于一个超声多普勒流量计的楔形单元配置为一个楔形62，它的一个表面安装在管子71的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器61，用于响应于一个电信号而产生超声波，并接收从管子71中的流体72的反射(超声)波；以及一个超声波衰减单元63，安装在管子71的外圆周上，使得包括一个位置，在该位置的超声波从超声振荡器61通过楔形注入到管子71时，当从管子71的内壁反射后，首先到达管子71的外壁。

应该知道超声脉冲是一个平动的束，含有例如约5mm的脉冲宽度。

另外，楔形62作为一个介质输送一个由超声振荡器61产生的超声波到管子71，它由一种塑料材料配置而成，例如丙烯酸，聚氯乙烯，等等，而超声振荡器61由一个压电材料例如PZT(锆钛酸铅)配置而成，并通过使用例如一种环氧树脂粘合剂固定在楔形62上。

超声振荡器61在其上安装的楔形62的表面以一个规定的角倾斜，使得该表面的法线与管子31横切面表面(即轴向)的法线方向交叉角小于90°(90°-θw)。

同时，超声振荡器61除了作为发射器，还作为接收器用于接收回声超声波，它由一个超声波生成，由超声振荡器61从悬浮在管子71中流动的流体72的一个反射体碰撞和反射而发射。

图9中，从超声振荡器61中发射的超声波沿入射线301注入到楔形62中，然后沿入射线302a进入管子71，然后沿入射线302a到达管子71的内壁。

在管子71的内壁，超声波分成一个超声波分量，穿透管子内壁并沿入射线302b透进流体，以及另一个在管子71内壁的超声波分量，由管子内壁反射并沿侧线303朝向管子外壁。

到达外壁的一部分超声波分量注入到一个超声波衰减部件63，它安装在外壁上，使得包括相对位置，超声波分量的剩余部分由外壁反射，再次沿侧线304a朝向内壁。

通过这样让超声波衰减部件吸收一部分到达与管子接触的界面的超声波，沿侧线304a朝向内壁的超声波分量减弱，并且沿侧线304a穿进流体的超声波分量加到需要的超声回声(即相应于一个超声波沿入射线302b穿进流体的超声波回声)中的噪声，由此降低到在测量数据中不导致误差的水平。

这样，既然到达管子外壁的一部分超声波由安装的超声波衰减部件63所吸收，使得覆盖超声波分量在内壁反射，首先到达管子外壁(沿侧线303)的位置，衰减由反射噪声增加回声信号是可能的，它是由超声振荡器61通过侧线作为在管子外壁进一步的结果接收的。

同时，到达管子内壁的一个超声波分成一个超声波分量，沿入射线304b注入进流体72中，以及另一个超声波分量，由管子内壁反射并朝向管子外壁。

每个超声波分量沿侧线来回传播后，作为一个超声回声再一次由超声振荡器61接收，并且基于超声波回声由一个流速计算单元(未示出)计算一个流速分布和一个流速。

例如图9所示的是超声回声沿入射线302b，302a和301返回至超声振荡器61，另一个超声回声沿入射线304b，304a，303，302a和301返回至超声振荡器61。

图10是从图9右边的横截面图。

如图10所示，楔形62和超声波衰减部件63安装在接触管子71上。

由于钳制型的本性，上面描述的安装是以后可拆卸的，因为楔形62和超声波衰减部件63一般是通过使用一个钢带等等环绕安装在管子71上。如果不需要考虑以后的去除，安装可以通过使用例如粘合剂固定在管子71上。此外，超声波衰减部件63可以使用粘合剂固定在楔形62上。

上面描述的超声波衰减部件63可以由一种材料制作，例如钨弹性体，含有声阻抗比上面描述的管子71要低。

同时，尽管楔形62安装在管子71上如图10表明的接触，从超声振荡器61发出的超声波实际在管子外壁和内壁之间的间隙内保持反射以二维传播。

在这种环境下，安装一个超声波衰减部件64的特征是一个以管子外壁为轮廓的半径，使得包括一个位置，在该位置上这种含有一个二维传播的反射波首先到达管子71的外壁，如图11所示，将使进一步衰减上面描述的噪声增加回声信号成为可能，由此大大降低声学噪声。

同时，参考图9-11，使用含有与管子材料近似同样的声阻抗的超声波传输材料，代替一个超声波衰减部件，即一个不锈钢部件以一个设计的形式安装在例如一个不锈钢管子上，在超声波从管子内壁反射后，首先到达管子外壁的位置处，大部分超声波透过上面提到的部件，尽管很少一部分反射发生在与部件的界面上。作为这个结果，透过外壁的波由不锈钢部件表面等的进一步反射而散射，这样能够降低返回到超声振荡器61的噪声增加回声信号，以及降低声学噪声。

还是在这种情况下，可以在超声波传输材料的外表面上安装另外一个结构，用于进一步散射反射，使得基本上衰减通过散射(即一种随机反射)进入超声波传输材料的超声波。这样一个结构示例于图12，其中应该考虑超声波传输材料65的表面特征，它含有三角形，与注入的超声波波长含有同样或几乎相同的齿距。

图13示出了根据本发明第二实施例，用于一个超声流量计的一个楔形单元的截面图。楔形单元包括一个楔形安装有一个超声振荡器，以及一个超声波衰减部件。

图13中，一个楔形82和一个超声波衰减部件88安装在一个流体84在其中流动的管子83的外壁上。楔形82的一个表面安装在管子83的一部分外部圆周上。楔形82的另一个表面安装有一个超声振荡器81，用于响应于由一个驱动电路(未示出)供给的一个电信号而产生超声波，将超声波注入到流体84中并接收它的反射信号。接收的反射信号然后供给一个流速计算单元(未示出)作为一个超声回声信号。

楔形82优选由一种塑料树脂材料构成，例如丙烯酸，聚氯乙烯，等等，而超声振荡器81优选由一个压电材料例如PZT(锆钛酸铅)构成。超声振荡器81通过一种粘合剂例如环氧树脂粘合剂固定在楔形82上。注意楔形82的表面，上面安装(即固定)超声振荡器81，如图13所示，参考从管子83的轴向垂直观察，倾斜了θw度。

在该实施例中，确定超声振荡器81的直径，使得由加在管子83外壁的超声振荡器81发射的超声束的投影尺寸，依赖于楔形82安装超声振荡器81的另一个表面的倾斜角，不超出超声波从管子外壁注入的位置和超声波由内壁反射后首先到达管子外壁的位置之间的差。

通过上面描述的配置，作为超声波在超声振荡器81的直径内互相重叠的结果，使得避免侧线的增殖是可能的，并从优选的超声回声中排除偏差，结果是它伴随超声回声信号沿增加的侧线返回。

同时，图13示出了一个配置，进一步包括一个超声波衰减部件88，其中超声波衰减部件88安装在管子83的外部圆周上，使得避免上面描述的由超声振荡器81发射的超声波入射在管子外壁的投影，即超声波首先到达管子外壁的位置。通过这种配置，在到达管子外壁前，超声波进入超声波衰减部件88，由此阻止了进一步的反射。

进一步，安装超声波衰减部件88，使得包括位置，在该位置超声波在通过管子内壁反射之前首先到达管子外壁，有效地减小了初始反射波的振幅，否则将导致随后的反射，这样适合于进一步降低声学噪声。

这里注意超声波衰减部件88的尺寸优选足够大，对一个超声波并考虑超声波传播方向，以截取的大于一次的多次反射。超声波衰减部件88优选由一种含有比管子83声阻抗小的材料构成，例如钨弹性体。同时，超声波衰减部件88可以使用例如一种粘合剂固定在楔形82上，或者通过使用一个固定单元例如钢带直接固定在管子上。

图14示出了如何确定一个超声振荡器的直径。

图14中，确定超声振荡器的直径D，使得超声振荡器发射的超声束入射到管子外壁上的投影尺寸(即点P1和P2之间的距离，即L’)，依赖于楔形安装超声振荡器的另一个表面的倾斜角，不超出超声波从管子外壁注入的位置(即点P1)和超声波由内壁反射后首先到达管子外壁的位置(P3)之间的差L。即，直径D根据下面的方程(A1)确定：

L’≤L...(A1)

同时导出下面的方程(A2)，其中θw是上面安装超声振荡器的楔形表面倾斜的角度：

D＝L’＊cosθw...(A2)

同时导出下面的方程(A3)，其中θp是示出在管子中超声波传播方向的角度：

L＝2t＊tanθp...(A3)

然后导出下面的方程(A4)，通过将方程(A2)和(A3)带入(A1)，代替L和L’：

(D/cosθw)≤2t＊tanθp...(A4)

因为θw≤π/2，重新安排方程(A4)，得到方程(A5)：

D≤2t＊tanθp＊cosθw...(A5)

确定一个超声振荡器的直径D使得投影尺寸L’等于上面描述的位置之间的差L，以及超声振荡器由最大传输功率伴随一个可接受的噪声截除来实现，这样导出了下面的方程(A6)：

D＝2t＊tanθp＊cosθw...(A6)

图15示出了根据本发明第三实施例，用于一个超声流量计的一个楔形单元的截面图。楔形单元包括一个楔形安装有一个超声振荡器，以及一个超声波衰减部件。从图15中有复制图13的地方，将省略描述。

图15中，安装在一个楔形92底部的是一个狭缝89，用于限制由超声振荡器91发射的超声束的直径，一个超声波衰减部件88用于衰减对一个超声回声信号增加噪声的一个超声波分量。注意在一个发射的超声波在到达管子外壁前注入超声波衰减部件88中的情况下，超声波衰减部件88加倍，作为一个狭缝用于限制超声波束直径。

狭缝89由一种含有比楔形材料的声阻抗小的材料构成，例如空气或者一些其它气体，或者一种吸收或衰减超声波的材料(例如钨弹性体)，或相对于楔形材料含有大的声阻抗材料制成的一个超声波反射部件(例如一种金属性材料例如不锈钢或铝)。

通过上面的描述方法，由于在限制的束直径内超声波互相重叠，降低侧线的增加比率是可能的，相应于结合一个狭缝89和一个超声波衰减部件88，并且由优选的超声回声信号导致的误差与通过增加的侧线接收的超声回声信号相重叠。

同时，优选安装狭缝89或超声波衰减部件88，使得入射在管子83外壁上的束的投影尺寸，不超出从任何束管子外壁注入的位置和该束由内壁反射后首先到达管子外壁的点之间的差。

这阻止了超声束在上面描述的束直径内的重叠，进一步增加了有效性。

同时，在第三实施例中，狭缝89或超声波衰减部件88优选安装在楔形底部，使得限制超声振荡器91发射的超声束的束直径D，通过满足条件方程，(即D≤2t＊tanθp＊cosθw)，其中t是管子83的厚度，θp是管子中超声波传播的角度，θw是楔形的倾斜角。

图16示出了根据本发明第四实施例，用于一个超声流量计的一个楔形单元的截面图。楔形安装一个超声振荡器以及特征是在此的一个狭缝。在描述图16时，省略了与13相同的描述。

图16中，在楔形122中有一个狭缝110，用于限制由超声振荡器121发射的超声束的束直径。

狭缝110由一种含有比楔形材料的声阻抗小的材料构成，例如空气或者一些其它气体，一种吸收或衰减超声波的材料(例如钨弹性体)，或者相对于楔形材料含有大的声阻抗材料制成的一个超声波反射部件(例如一种金属性材料例如不锈钢或铝)。

通过上面描述的配置，由于超声波的互相重叠，降低侧线的增加比率是可能的，相应于限制束直径的狭缝110的延伸，并且由需要的超声回声信号导致的误差与通过增加的侧线接收的超声回声信号相重叠。

超声波衰减部件88优选安装在管子83的外部圆周上，使得避免由超声振荡器121发射的超声波首先到达管子83外壁的位置。

同时，狭缝110限制超声振荡器121的束直径，使得入射在管子外壁上的投影的束直径尺寸，不超出任何束进入管子外壁的位置和该束由内壁反射后首先到达管子外壁的位置之间的差。

这阻止了超声波在上面描述的束直径内的重叠，进一步增加了有效性。

进一步，在到达管子外壁前，超声波进入超声波衰减部件88，由此阻止了进一步的反射。

以及进一步，安装超声波衰减部件88，使得包括位置，在该位置超声波在通过管子内壁反射之前首先到达管子83的外壁，有效地减小了初始反射波的强度，否则将导致随后的反射。

同时，根据第四实施例，狭缝110优选安装在楔形中，使得限制超声振荡器121发射的超声束的束直径D，通过满足条件方程，(即D≤2t＊tanθp＊cosθw)，其中t是管子83的厚度，θp是管子中超声波传播的角度，θw是楔形的倾斜角。

同时，在上面的描述中，当超声波衰减部件88安装在如图13和16所示的超声波传输方向时，超声波衰减部件88可以由一个超声波传输部件代替，它与管子材料含有相同或近似相同的声阻抗。在这种情况下，超声波传输部件和空气之间的界面将优选为粗糙的，使得散射到达到那里的超声波。

图17示出了根据本发明第五实施例，用于一个超声流量计的一个楔形单元的截面图。楔形单元包括一个楔形132，安装有一个超声振荡器131，以及一个超声波衰减部件138。

图17中，一个衬垫(spacer)139安装在楔形132和其中流有流体134的管子133之间，并且楔形132通过衬垫139安装在管子133的一部分外部圆周上，衬垫在超声波传播方向延伸。衬垫139的延伸部分安装了一个超声波衰减部件138，用于对优选的超声回声信号衰减一个超声波分量增加噪声。

同时楔形132的另一个表面安装产生一个超声波的一个超声振荡器131，用于响应于由一个驱动电路(未示出)供给的一个电信号而产生超声波，将超声波注入到流体134中并接收它的反射信号。接收的反射信号然后供给一个流速计算单元(未示出)作为一个超声回声信号。

楔形132优选由一种塑料树脂材料构成，例如丙烯酸，聚氯乙烯，等等，而超声振荡器131优选由一个压电材料例如PZT(锆钛酸铅)构成。超声振荡器131通过一种粘合剂例如环氧树脂粘合剂固定在楔形132上。注意楔形132的表面，上面安装(即固定)超声振荡器131，如图13所示，参考从管子133的轴向垂直观察，倾斜了θw度。

这里，作为超声波在超声振荡器131的直径内互相重叠的结果，通过衬垫139安装在楔形132和管子外壁之间，使得避免侧线的增殖是可能的，并从优选的超声回声信号导致的误差与通过增加的侧线接收的超声回声信号相重叠。

进一步，在本实施例中，调整衬垫139的厚度，使得由超声振荡器131发射的超声束的投影尺寸，它确定为楔形132上粘贴超声振荡器131的表面的倾斜角，并加在衬垫139与楔形132的接触表面上，不超出超声波从接触表面进入的位置和超声波由内壁反射后首先到达管子外壁的位置之间的差。

通过这种配置，使得在超声振荡器131直径内避免侧线的增殖成为可能，以及从优选的超声回声信号导致的误差与通过增加的侧线所接收的超声回声信号相重叠。

同时，超声波衰减部件138安装在图17中的管子外壁，使得降低管子内壁和外壁之间的多次反射的影响成为可能。

在管子133的外部圆周上安装超声波衰减部件138，使得避免由超声振荡器131发射的加在衬垫139与楔形132的接触表面上的超声束投影尺寸，即超声波首次从接触表面进入的位置，将阻止一个反射，因为超声波在进入管子外壁之前进入超声波衰减部件138。

进一步，在管子133的外部圆周上安装超声波衰减部件138，使得包括位置，在该位置超声波在由管子内壁反射之前首先到达衬垫138的接触表面(也包括接触楔形132的一个延伸位置)，将适合于有效地减小初始反射波的强度，否则将导致随后的反射，这样基本上降低了声学噪声。

同时，超声波衰减部件138优选足够大，考虑超声波传播方向，以截取管子中超声波的至少大于一次的多次反射。另外，相比于管子133，超声波衰减部件138优选由一种含有声阻抗小的材料配置，例如钨弹性体。同时，超声波衰减部件138可以使用例如一种粘合剂固定在楔形132上，或者通过使用一个固定单元例如钢带直接固定在管子上。

图18示出了如何确定一个衬垫的厚度。

在图18中，调整衬垫139的厚度，使得由超声振荡器131发射的超声束的投影尺寸(即点P1和P2之间的距离，即L’)，它依赖于楔形132安装超声振荡器131的另一个表面的倾斜角，并在衬垫139和楔形132接触表面上，不超出超声波从接触表面进入的位置(即点P1)和超声波由内壁反射后首先到达管子外壁的另一个位置(P3)之间的差L。即，衬垫139的厚度根据下面的方程(B1)确定：

L’≤L...(B1)

同时导出下面的方程(B2)，其中θw是上面安装超声振荡器的楔形表面倾斜的角度：

D＝L’＊cosθw...(B2)

注意衬垫包括一种材料，假设与管壁含有相同或近似相同声阻抗，以简化下面的方程，等等。然而，如果没有加上这样的限制，应加上类似的讨论。

同时，导出下面的方程(B3)，其中tp是管子厚度，ts是衬垫厚度，以及θp是超声波传播的方向(B3)：

L＝2＊(tp+ts)＊tanθp...(B3)

然后得到下面的方程(B4)，通过将方程(B2)和(B3)带入(B1)，代替L和L’：

(D/cosθw)≤2＊(tp+ts)＊tanθp...(B4)

既然0≤θp以及θw≤π/2，重新安排方程(B4)，得到方程(B5)：

D/(2＊tanθp＊cosθw)-tp≤ts...(B5)

衬垫的厚度ts，使投影宽度L等于上面描述的位置之间的差L’，给出了适合有效地截除噪声的衬垫最小厚度。在这种情况下，下面的方程(B6)得到：

D/(2＊tanθp＊cosθw)-tp＝ts...(B6)

注意，尽管超声波衰减部件138安装在上面描述中如图17所示的超声波传播方向，使用含有与管子材料相同或近似相同声阻抗的超声波传输部件，可以代替该超声波衰减部件138。在这种情况下，超声波传输部件和空气之间的界面将优选为粗糙的，使得散射到达到那里的超声波。

[对工业的适用性]

根据本发明的一个楔形和楔形单元适用于一个多普勒方法钳制型超声流量计，通过安装(即夹紧)一个管子的一部分外部圆周来使用。

Claims (11)

1.一种用于超声多普勒流量计的楔形单元，安装在一个流体在其中流动的管子外壁上，对流体供给一个超声波，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，该用于超声多普勒流量计的楔形单元包括：

一个楔形，它的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应电信号而产生超声波，并接收反射波；以及

一个超声波衰减单元，安装在管子的外圆周上使得包括一个位置，在该位置由超声振荡器通过楔形注入到管子中的超声波，当由管子内壁反射后，首先到达管子外壁，其中该位置与超声波被注入到管子中的位置之间的差L为：

L＝2t＊tanθp，

其中t是管壁的厚度，θp是超声波在管子中传播的方向的角度。

2.根据权利要求1的楔形单元，其中所述超声波衰减单元包括一种材料，相比于所述管子材料，含有一个较小的声阻抗。

3.根据权利要求1的楔形单元，其中所述超声波衰减单元包括钨弹性体。

4.根据权利要求1的楔形单元，其中与所述管子接触的超声波衰减单元部分的特征是与所述管子具有相同半径。

5.一种用于超声多普勒流量计的楔形单元，安装在一个其中流动流体的管子外壁，对流体供给一个超声信号，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，包括：

一个楔形，它的一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应电信号而产生超声波，并接收反射波；以及

含有与管子近似相同声阻抗的一个超声波传输单元，安装在管子的外圆周上使得包括一个位置，在该位置由超声振荡器通过楔形注入到管子中的超声波，当由管子内壁反射后，首先到达管子外壁，其中该位置与超声波被注入到管子中的位置之间的差L为：

L＝2t＊tanθp，

其中t是管壁的厚度，θp是超声波在管子中传播的方向的角度。

6.根据权利要求5的楔形单元，其中与所述管子接触的一部分所述超声波传输单元的特征是与所述管子具有相同半径。

7.根据权利要求5的楔形单元，其中所述超声波传输单元配置的特征是，它的外表面能导致一个超声波的散射。

8.一种用于超声多普勒流量计的楔形，安装在一个其中流动流体的管子外壁，对流体供给一个超声信号，接收反射波并将反射波供给一个流速计算单元，其中

一个表面安装在管子的一部分外部圆周上，在它的另一个表面上安装一个超声振荡器，用于响应电信号而产生超声波，并接收反射波；

一个超声波衰减单元，安装在管子的外圆周上使得包括一个位置，在该位置由超声振荡器通过楔形注入到管子中的超声波，当由管子内壁反射后，首先到达管子外壁，其中该位置与超声波被注入到管子中的位置之间的差L为：

L＝2t＊tanθp；以及

确定超声振荡器的直径，使得依赖于楔形安装超声振荡器的另一个表面的倾斜角的、超声振荡器发射的加在管子外壁的超声波投影尺寸，不超出

L＝2t＊tanθp，

其中t是管壁的厚度，θp是超声波在管子中传播的方向的角度。

9.根据权利要求8的楔形，其中确定所述超声振荡器的直径，使得所述投影尺寸等于，或近似等于所述的差。

10.根据权利要求8的楔形，其中确定所述超声振荡器的直径D，使得满足下面的条件方程，其中t是所述管子的厚度，θp是管子中超声波传播的角度，θw是楔形的倾斜角：

D≤2t＊tanθp＊cosθw。

11.根据权利要求8的楔形，其中确定所述超声振荡器的直径D，使得满足，或近似满足下面的方程，其中t是所述管子的厚度，θp是管子中超声波传播的角度，θw是楔形的倾斜角：

D＝2t＊tanθp＊cosθw。

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