CN102159943B - 用于探查结构的方法和用于容纳和/或传导液体或软介质的结构 - Google Patents

用于探查结构的方法和用于容纳和/或传导液体或软介质的结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于探查结构的方法和一种用于容纳和/或传导液体或软介质的结构，所述方法包括以下步骤：a)借助于至少一个发射器(3)在所述结构中激发声学波，b)至少将与结构(2、2a、2b)中激发的声学波(A)相关联的能量的一部分转换成为介质(5)的体积声波(B)，c)至少将与体积声波(B)相关联的能量的一部分转换成为结构(2、2a、2b)的声学波能量，由此在结构(2、2a、2b)中生成声学波，d)由至少一个接收器(4、4a、4b)接收发射器所诱发的声学波，以及e)验证结构的表面上是否存在覆层，和/或如果覆层存在，则通过评估接收器(4、4a、4b)在接收到发射器(3)诱发的声学波时所生成的信号来确定覆层的特性，和/或验证介质(5)的水平是否在预定值以下。

Description

用于探查结构的方法和用于容纳和/或传导液体或软介质的 结构
技术领域
本发明涉及一种用于探查结构的方法，和一种用于容纳和/或传导液体或软介质的结构。
背景技术
诸如固体基底、导管或容器的结构的非破坏性检验具有大的技术重要性。例如，用于确定固体基底上的层的特性一些方法是已知的。然而，已知的方法并不适合或者仅在有限的程度上适合对沉积在不可能到达或难以到达的结构表面上的层进行检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于探查结构的更加通用的方法。
根据本发明，提供了一种用于探查结构(特别用于容纳和/或传导液体或软介质)的方法，包括以下步骤：
a)借助于至少一个发射器在结构中激发声学波(acoustic wave)，
b)至少将与结构中激发的声学波相关联的能量的一部分转换成为介质的体积声波(sound wave)，
c)至少将与体积声波相关联的能量的一部分再转换成为结构的声学波能量，由此在结构中生成声学波，
d)由至少一个接收器接收发射器诱发的声学波，
e)验证结构的表面上是否存在覆层，和/或如果覆层存在，则通过评估接收器在接收到发射器诱发的声学波时所生成的信号来确定覆层的特性，和/或
f)通过评估接收器在接收到发射器诱发的声学波时所生成的信号来验证介质的水平是否在预定值以下。
例如，接收器所接收的部分声学波可以是经由结构的一部分从发射器直接传送到接收器的波，例如以在结构中传播的兰姆波或兰姆-瑞利波的形式。在兰姆波或兰姆-瑞利波的情况下，发射器所激发的结构的相对表面的位移是相关的，使得特别地，结构的(例如内和外)表面的位移运动的幅度和/或相位是相互关联的。
例如，如果结构的厚度基本上小于激发波的波长，那么结构中激发的声学波将主要是或仅是兰姆波。但是，如以上所阐明的那样，也可以使用过渡类型的兰姆波和瑞利波，即，结构的厚度可以与激发波的波长在同一个数量级上。在这种情况下，结构的相对表面的(例如结构的表面的外原子层的)位移运动之间仍然可以存在相关性。
此外，接收器所接收的波可以是通过波型转换(mode conversion)所生成的波，即，在结构中激发出波(特别地是兰姆波或兰姆-瑞利波的形式)并且这些声学波的至少一部分被转换成为与结构交界的介质(例如液体)中的声波，该介质例如被限制在结构的内部空间中。然后介质中的声波可以从结构的另一部分被反射朝向接收器，并被再转换成为在结构中朝向接收器传播的、结构中的(表面)波(兰姆波或兰姆-瑞利波)。换句话说，结构中激发的声学波，由结构中的波的转换而生成的介质中的体积声波，和由体积声波的再转换所生成的在结构中传播的波都称为“发射器所诱发的”波。
也可以发生重复的波型转换，即，通过在波导侧结构(side structure)中的第一(表面)声学波的波型转换生成的第一体积声波被再转换成为波导侧结构中的第二声学波。然后，第二声学波被转换成为介质中的第二体积声波，其中可以发生第一体积声波的反射分量和第二体积声波之间的干涉，其中该干涉产生高和低声波能的区域，该高和低声波能的区域可以用于对介质和/或覆层的特定区域进行采样。当然，多于两个的转换和再转换过程是可能的。
为了在结构中激发兰姆波或兰姆-瑞利波，在结构中激发具有适合频率的声学波，所需的频率是从取决于结构厚度的、会引起声学波的频率范围中选出的。
例如，根据本发明的方法包括在结构上布置发射器和接收器，其中，结构可以是任意的现有技术设备的一部分，诸如用于输送液体或软介质的导管，或者用于这种介质的贮藏器。“软材料”包括例如(例如生物)组织或凝胶，即，特别是具有与液体近似的声速并且其中主要激发出纵声学 模式的材料。
换句话说，根据本发明的方法允许通过给结构布置(例如，使用例如环氧树脂或例如超声粘合剂的另一粘合剂来附接)声发射器和声接收器，并且通过评估接收器在接收到声学波时所生成的信号，来检验(例如填充有液体的)技术结构。特别地，覆层可以包括灰浆或有机(生物)物质，诸如泥。在另一个示例中，覆层包括石灰。覆层还可以是在基底上旋涂的光致抗蚀剂，其中可以将发射器布置在用于布置基底(例如半导体晶片)的旋转板上。
特别地，导管具有圆形或矩形横截面，其中发射器和接收器可以布置在导管的侧壁的不同部分上。这些现有的导管或容器不需要一定包括压电材料，是因为发射器被配置成也在诸如金属或玻璃的非压电材料中激发波。
而且，将发射器和接收器布置在结构的、与覆层被布置或者要验证覆层的存在的表面相背向的表面上，即将发射器和接收器布置在要检验的结构的外表面上。如以上所提到的，要探查的结构可以具有与液体或软介质(或气体)交界的内表面和背向内表面的外表面。例如，根据本发明的方法包括将发射器和接收器布置在结构的外表面上。
此外，发射器和/或接收器可配备有用于将发射器和/或接收器可拆卸地固定至结构的装置。发射器和/或接收器可以是叉指式压电换能器。然而，术语“发射器”并不限于压电换能器。本发明的其它实施例包括基于热弹性效应在波导的侧结构中激发声学波的(例如脉冲)激光器形式的发射器。此外，可以(特别地与压电换能器结合)使用楔(“楔型转换器”)来激发声学波，或可以使用梳状振荡器(“梳状转换器”)。当然，还可以组合地使用不同的发射器类型。
在本发明的另一个示例中，发射器和接收器没有作为对现有技术结构的增补被附接，而是被布置在声波导的侧结构上，即此处的“结构”是声学导的侧结构。可以将声波导耦合至技术设备，该技术设备是要探查的实际设备，诸如用于输送液体的导管或者用于容纳液体或软介质的容器。在与波导的内部空间交界的波导侧结构的内表面上的覆层的改变对应于耦合的技术设备的一部分上的覆层的改变(例如覆层的厚度的改变)，以使得可以对技术设备的内表面上的覆层进行监测。
“监测”覆层具体是指对在第一时间点由接收器生成的第一信号和在 第二时间点由接收器生成的第二信号进行评估。当然，可以对在多于两个的时间点处生成的多于两个的信号进行评估。特别地，可以同时地(或者准同时地)进行监测。
例如，评估接收器所生成的信号包括评估信号的幅度和时间响应。例如，发射器在结构中激发出脉冲声学波，其从发射器到接收器具有特定传播时间(取决于脉冲声学波选择的发射器和接收器之间的路径)。结构表面(例如结构和介质之间的界面)的特性的改变影响结构中的波的传播时间。由此，对传播时间的改变的评估允许确定覆层的特性或者验证界面处是否存在覆层。
而且，波型转换，即结构中的声学波到与结构交界的介质中的声波的转换，相应地取决于覆层的存在和覆层的特性。由此，接收器可在接收到从发射器经由结构直接传送的声学波时生成第一信号，并且可以由于由结构中的声学波引起的、并朝向接收器行进的介质中的声学声波而生成第二信号，其中第一信号和第二信号都取决于界面处的覆层的特性(并且当然取决于这种覆层的存在或不存在)。
例如，对接收器所生成的信号的评估包括将评估的结果与预定值进行比较。特别地，将接收器信号的幅度和/或时间响应与预定幅度和/或时间响应的值相比较。预定值可以是已使用与要探查的结构相似的结构(或者要探查的结构本身)生成的，其中，沉积有其特性或者其特性的至少一些是已知的覆层。此外，预定值可以用没有任何覆层的相似的结构(或者要探查的结构本身)来确定，以获得用于无覆层结构的参考值。换句话说，发射器-接收器布置被校准。校准值的变化表示覆层的存在，或者允许确定覆层特性的改变。
根据本发明的另一个实施例，发射器和接收器沿着结构中所激发出的声学波的传播方向被布置。也是在该情况中，结构可以是技术设备的现有结构，其中，(例如在技术设备工作期间)发射器和接收器增补性地布置在该结构上。
例如，要探查的结构具有纵轴(例如结构形成为管或任何其它的对称结构)或者(更通常地讲)主要纵向地延伸，其中发射器和接收器都分别沿着纵轴和沿着结构的主要延伸方向被布置成排。
结构上可布置另外的接收器，特别地，该接收器与发射器和接收器之间的连接线相距一段距离。由此，在(第一)接收器(沿着传播方向与发 射器一起被布置成排)记录由于波型转换而在介质中所激发出的声波之前，另外的(第二)接收器可以检测到这些声波。
也可以将发射器和接收器布置在结构的第一部分，而将另外的接收器布置在结构的第二部分，第二部分与第一部分相对地延伸。另外，可以以如下方式来布置另外的(第二)接收器：使得发射器与另外的接收器之间的距离和(第一)接收器与另外的(第二)接收器之间的距离基本相同。
然而，还可以将另外的接收器布置在不同的位置，例如与接收器正好相对，以使得接收器和另外的接收器之间的连接线基本垂直于结构中所激发出的声学波的传播方向而延伸。例如，发射器、接收器、另外的接收器和结构的纵轴位于同一平面内。
例如，要探查的结构可以包括第一和第二板，这两个板彼此相对布置，其中发射器和接收器布置在第一板上，而另外的接收器布置在第二板上。可以连接两个板以形成结构的封闭的内部空间。例如，这两个板是具有矩形横截面的导管或容器的部分。然而，也可以是，两个板没有连接或者仅以其中一个板中激发的声学波不被传送至另一个板的方式连接两个板。
根据本发明的另一个实施例，以发射器和接收器之间的连接线横穿结构的内部空间的方式布置发射器和接收器。换句话说，发射器和接收器没有布置在结构的同一侧上，而是例如布置在结构的相对侧上。再者，结构上可布置有另外的接收器。
更特别地，可以以如下方式将另外的接收器布置在结构上：使得与接收器和另外的接收器之间的连接线相距一段距离来定位发射器。换句话说，发射器相对于两个接收器被定位，以使得两个接收器都将接收到在位于结构的内部空间的介质中激发出的声波，其中在被接收器记录之前，声波将被再转换为在结构中行进的声学波。
特别地，发射器与接收器之间的距离和发射器与另外的接收器之间的距离可以是基本相同的，即将发射器定位在两个接收器之间的中间位置。使用这种配置，可以获得关于覆层的存在或特性的更详细的信息，是因为接收器所生成的信号可以反映出结构和/或覆层中的声学波(例如兰姆波形式)的传播和波型转换效应二者的改变。
此外，接收器的信号受到特性、即发射器所处的结构的(第一)部分的(内)表面的覆层的存在和/或特性的影响，并受两个接收器所处的(第二)部分的(内)表面的特性的影响，以使得第一和第二部分上的覆层的 存在和/或特性都可以被确定。
而且，可以利用该布置确定覆层的局部变化。例如，如果在接收器区域中存在具有与另外的接收器的区域中的覆层不同特性(例如不同厚度)的覆层，则(第一)接收器处的信号将不同于另外的(第二)接收器处的信号。当然，可以使用多于两个接收器来得到更详细的空间信息。也可以使用多于一个的发射器。
本发明的另一个目的是提供一种用于容纳和/或传导液体或软介质的结构，该结构是更加可靠的或者可以用于探查用来容纳和/或传导液体或软介质的中空元件。
根据本发明，该结构包括：
a)与液体或软介质交界的内表面，
b)发射器，用于在结构中激发声学波，
c)结构和介质之间的界面，在该界面处，至少把与结构中的声学波相关联的能量的一部分转换成为介质的体积声波，
d)结构和介质之间的界面，在该界面处，至少把与体积声波相关联的能量的一部分再转换成为结构的声学波能量，由此在结构中生成声学波，
e)接收器，用于接收发射器所诱发的声学波，其中
f)评估装置被设置用于评估接收器在接收到发射器诱发的声学波时所生成的信号，以验证结构的内表面与介质之间是否存在覆层，并且/或者如果存在覆层，则用于确定覆层的特性和/或用于验证介质的水平是否在预定值以下。
评估装置例如可以用例如微芯片形式的电路来实现。微芯片可以被布置在波导的侧结构上。然而，也可想到，评估装置不是以集成电路的形式来实现，而是包括独立地布置到波导的测量设备。特别地，测量设备(诸如示波器或计算机)连接到接收器以记录电接收器信号。此外，计算机程序可以用来评估测量设备所记录的接收器信号。
根据本发明的实施例，所述结构是声波导的侧结构，该侧结构限定填充有介质的内部空间。例如，结构包括用于将声波导耦合到至少部分地填充有介质(例如液体或气体)的中空元件的耦合装置。特别地，耦合装置允许声波导耦合至容器和/或用于输送液体或软介质的导管形式的中空元 件。特别地，耦合装置允许波导沿着中空元件和波导的纵轴耦合至中空元件。例如，耦合装置包括例如位于波导的一个表面(face side)处的凸缘。然而，作为替换或另外地，耦合装置可以包括诸如夹钳装置或螺纹的其他元件，即允许设备和中空元件之间的形式配合和/或压入配合的装置。
因此，根据本发明的设备可以耦合至现有结构，其中，通过确定声波导的内表面上的覆层的改变，可以间接地确定结构的表面上的覆层的演变(development)。
与以上所阐明的类似，发射器和接收器可以沿着结构中所激发出的声学波的传播方向被布置成排。此外，可以与发射器和接收器之间的连接线相距一段距离来布置另外的接收器。
而且，可以以使得发射器和另外的接收器之间的连接线横穿波导的内部空间的方式布置另外的接收器。特别地，另外的接收器布置在发射器和接收器之间的中间位置。根据该布置，接收器(与发射器一起布置)将既接收直接经由结构传送的声学波，也接收由介质中的声波产生的并且被再转换为结构的声学波的波。
另外的接收器将主要检测由于波型转换而在介质中激发的声波。由此，两组信号(分别由接收器和另外的接收器生成)可用于评估以确定覆层的特性。例如，可以根据接收器信号确定覆层是否仅存在于侧结构的、发射器和接收器被定位的部分上，或者覆层是否也存在于侧结构的、另外的接收器被布置的部分上。另外，覆层的不均匀性会不同地影响两个接收器处的信号，使得例如可以从两组接收器信号推断出覆层特性的局部分布。
在另一个配置中，两个接收器布置在侧结构的同一部分上。此外，结构可以包括彼此相对布置的两个板，其中，与以上关于根据本发明的方法所讨论的相类似，发射器和接收器布置在板的外表面上。
附图说明
以下将参照附图更加详细地描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了根据本发明的第一实施例的方法，其中标出了结构和介质之间的覆层；
图2进一步示出了根据本发明的第一实施例的方法，其中检测不均匀 覆层；
图3示出了根据本发明的第二实施例的方法，其中在结构的第一部分处布置发射器和第一接收器，并且在结构的第二部分处布置第二接收器；
图4进一步示出了根据本发明的第二实施例的方法，其中检测在结构的第一和第二部分上的覆层；
图5进一步示出了根据本发明的第二实施例的方法，其中检测第二部分上的覆层；
图6进一步示出了根据本发明的第三实施例的方法，其中检测结构的第一部分上的覆层；
图7示出了根据本发明的第三实施例的方法，其中检测结构的第一和第二部分上的不均匀覆层；
图8示出了根据本发明的第三实施例的方法，其中检测结构的两个部分处的覆层；
图9进一步示出了本发明的第三实施例，其中检测第一部分上的不均匀覆层；
图10示出了根据本发明的第四实施例的方法，其中发射器-接收器布置被设置在液体介质的贮藏器处；
图11进一步示出了根据本发明的第四实施例的方法，其中确定液体水平；以及
图12示出了第四实施例的修改。
具体实施方式
根据图1，与液体5交界的固体基底2形式的、用于容纳和/或传导液体或软介质的结构的第一侧21上有材料层1形式的均匀覆层。为了检测层1的特性或存在，叉指式换能器形式的发射器3和用作接收器4的叉指式换能器布置在背向基底2的第一侧21的第二侧22上。
发射器3在基底2中激发声学兰姆波(由箭头A表示)。至少一部分兰姆波A直接通过基底2传到接收器4，其中幅度和传播时间(即兰姆波从发射器3行进到接收器4所需的时间)取决于第一表面21的特性，即特别取决于层1的特性。因此，层特性的改变导致接收器4在接收到声学 波时所生成的信号的改变。此外，接收器4所生成的信号的特性(诸如幅度和时间响应)可以与预定或理论值相比较，以使得不仅可以检测层1的特性的改变，还可以检测诸如层的厚度或层厚度的局部变化的特性的绝对值。
由于存在液体5，所以发生波型转换，即至少一部分在基底2中引起的兰姆波A被转换为液体5中的体积声波B。因为经由基底2从发射器3到接收器4的声学波的直接传送和波型转换都取决于覆层1的特性，所以可以获得有关层特性的更详细的信息。例如，可以从接收器信号推断出关于层的材料和厚度、以及关于层的延伸或附着性的信息。
图2示出了图1的布置，然而其中，不均匀层1存在于基底2的第一侧21，其中根据本发明的方法也允许识别这种不均匀层。特别地，波型转换受到层1的空间密度分布的影响，以使得以取决于层是否存在(或者通常取决于层的厚度的变化)的不同瑞利角而在液体3中引起声波。因此，(与不同的瑞利角相关联的)不同声波的叠加将到达接收器4。因此可以通过接收器信号的退卷积获得有关层厚度的空间分布的信息。
参照图3，示出了本发明的另一个实施例，其中要探查的结构包括(板状的)第一基底2a形式的第一部分和基底2b形式的第二部分。例如，基底2a、2b形成声波导的侧结构的部分，其中基底2a、2b限定介质5所位于的波导的内部空间。与之前的图类似，在第一基底2a的外侧22a处沿着兰姆波A的传播方向布置发射器3和接收器4a。特别地，包括基底2a、2b的声波导可以具有用于将波导耦合至中空元件的装置(未示出)，以使得液体既流过中空元件又流过波导。
另外的接收器4b被布置成与发射器3和接收器4a之间的连接线相距一段距离，即另外的接收器4b被布置成与第一基底2a相距一段距离。更具体地，发射器3和接收器4a布置在第一基底2a上，而另外的接收器4b布置在基底2b上。基底2a和基底2b都形成为板，并且被布置成彼此相对且平行。
基底2a、2b可以例如通过附加的侧壁结构进行连接，以形成液体5位于其中的封闭的内部空间。例如，结构的这些连接部分可以由与基底2a、2b不同的材料制成。不过，要探查的结构也可以是整体地形成的(至少在发射器和接收器的区域内)，以使得形成其上布置有发射器和接收器的基本连续的侧壁。具体地，发射器和第一接收器4a布置在该侧壁的第一段上，而第二接收器4b布置在特别地与侧壁的第一段相对地延伸的该 侧壁的另一段上。
根据图3的示例，以如下方式来布置另外的接收器4b：使得另外的接收器4b与发射器之间的距离和另外的接收器4b与接收器4a之间的距离基本相同。然而，可以有其他的布置。例如，另外的接收器4b可以被布置得更接近接收器4a，以使得另外的接收器4b与接收器4a之间的距离将小于另外的接收器4b与发射器3之间的距离。
如图3中所示，在第一基底2a中引起的声学兰姆波A的一部分被转换成液体5中的声波B，其中声波B以瑞利角θ被“发射”。声波B的一部分被第二基底2b的内表面21b反射(由箭头B′表示)朝向(第一)接收器4a。声波B的另一部分被再转换成第二基底2b中的声学兰姆波，该声学兰姆波然后由另外的(第二)接收器4b检测。类似地，反射的声波B′被再转换成第一基底中的声学兰姆波(由箭头A′表示)，该声学兰姆波然后由接收器4a检测。
兰姆波到声波以及声波到兰姆波的转换和再转换取决于两个基底2a、2b与液体5之间的界面，即取决于内表面21a、21b上的覆层的存在和/或特性，以使得接收器4a和4b所生成的信号反映覆层的特性。因此，内表面21a、21b上的覆层的特性和存在可以从接收器4a、4b所生成的信号来推断。
例如，可以确定如图4和图5所示的两个内表面21a、21b上的覆层的特性(诸如厚度)，其中，根据图4，覆层1a、1b存在于两个表面21a、21b上，而根据图5，覆层1仅存在于(上)内表面21b处。
图6中示出了用于实施根据本发明的方法的另一个布置。与图3至5类似，使用了一个发射器和两个接收器。然而，两个接收器4a、4b都布置在第一基底2a上，其中发射器3布置在第二基底2b上。换句话说，以使得发射器与接收器4a或接收器4b之间的连接线横穿结构的填充有液体5的内部空间的方式布置发射器3。
如之前的示例中那样，发射器3将在基底2b中激发兰姆波，该兰姆波至少部分被转换成液体5中的声波B、B′。在图6所示的示例中，发射器3布置在两个接收器4a、4b之间的中间位置，即接收器与第一接收器4a和第二接收器4b之间的距离基本相等。特别地，以声波B、B′(以瑞利角θ被“发射”)发射朝向接收器4a、4b的方式定位发射器。然而，当然可想到发射器和/或两个接收器4a、4b的其它的位置。
到达第一基底2a的声波B、B′被再转换成分别行进至第一和第二接收器4a、4b的兰姆波A、A′。再者，接收器4a、4b在接收到兰姆波A、A′时所生成的信号取决于基底2a、2b的内表面21a、21b的特性，即取决于这些界面上的覆层的特性和/或存在。因此，可以从接收器信号导出覆层的特性。
为了导出覆层的特性，可以模拟基底2a、2b之间的界面，该模拟包含与要根据从接收器信号提取的值(诸如与信号的幅度和时间响应有关的值)来确定的、与覆层有关的不同的未知参数。
例如，在模拟第一基底、覆层和液体时可以使用三相模型，其中假定某些特性是已知的(例如基底、覆层和液体的材料参数)，而其它的参数是未知的并且是要确定的(诸如，例如覆层的厚度，或者特别地，取决于基底上的位置的厚度函数)。此外，可以使用更复杂的模拟，例如其允许确定如图7至图9所示的两个内表面21a、21b上的不均匀覆层的特性。
此外，可以对于不同的频率确定接收器信号，即在发射器所激发的基底2a中的兰姆波的第一频率确定第一组接收器信号，并在基底2b中的兰姆波的第二频率记录第二组信号。当然，可以使用多于两个的频率以便能够确定覆层的大量的未知参数。
图10至12示出了本发明的另外的实施例。发射器-接收器布置被布置在用于容纳液体5的容器(贮藏器10)处。贮藏器可以是渗析设备中使用的试管或器皿。
在图10和图11的示例中，贮藏器10包括第一开口101和布置在贮藏器的端103附近的、与开口101相对的第二开口102。端103形成朝向开口102的锥体(taper)。
发射器3和第一接收器4a布置在贮藏器10的侧壁的第一部分104a上。此外，第二接收器4b布置在侧壁的相对的部分104b上。如在之前示例中那样，发射器3引起结构中的兰姆波A，即在贮藏器10的第一部分104a中的兰姆波A，其中兰姆波至少部分地被转换成为液体5中的声波B。声波B又被再转换成为贮藏器10的第二部分104b中的兰姆波A′。贮藏器10的第二部分104b中的兰姆波A′由第二接收器4b检测。
此外，声波B的另一部分在第二部分104b处被反射朝向第一接收器4a，以使得在被再转换成为第一接收器4a的区域内第一部分104a中的兰姆波之后，声波的反射的部分B由接收器4a记录。
与之前讨论的实施例类似，接收器信号允许确定位于贮藏器10的内表面21处的覆层1的特性和/或存在。在根据图10和图11的示例中，两个接收器4a、4b分别以两个接收器之间的连接线既与贮藏器10的两个侧壁部分104a、104b又与其纵轴(未示出)垂直的方式被相对地布置。不过，可想到接收器4a、4b的其它布置，例如，第二接收器4b可以被定位在发射器和第一接收器4a之间的中间位置，以使得接收器分别与发射器和第一接收器之间的距离基本相等。
图11中示出了本发明的另一个应用，其中布置与图10对应。特别地，发射器3布置在开口101的区域内或者至少在贮藏器10的端部105的区域内。该配置允许确定贮藏器10中的液体5的水平，即特别地，可以监测液体水平是否下降至某个水平之下。
例如，如果液体水平高于发射器3的高度位置(沿着贮藏器10的纵轴测量)，即例如液体水平在与贮藏器10的纵轴垂直并与发射器3相交的线之上，则发射器3引起贮藏器10的第一部分104a中所激发出的兰姆波，其被转换成为在液体5中传播的第一和第二声波B1、B2。声波B2是在朝向贮藏器的(上)端105(包括开口101)的方向上发射的，而其它声波B1是在向贮藏器10的另一端103倾斜的方向上发射的。声波B1和B2都被贮藏器10的内表面反射，以使得在贮藏器的内表面处的(例如多次)反射之后，波B1和B2到达接收器4a和4b。
如果液体水平下降至取决于发射器3的位置的某个水平之下，则在朝向第一端105的方向上将不再发射声波，从而使得接收器4a、4b处的信号将会改变。因此，可以从接收器信号、特别是从信号的改变导出贮藏器10中的液体5的水平。此外，可以使用多于一个的发射器，以便能够更加准确地确定液体水平的位置。
图12示出了与图10和图11相似的贮藏器。一端105包括用于容纳介质(液体或诸如组织的软介质)的开口101，而与图10和图11不同的是，设置了与开口101相对的封闭端103。例如，图12的贮藏器10是用于检测生物或化学样品的试管。
应该注意，也可以组合使用以上所描述的设备的元件。例如，关于图11所描述的液体水平检测也可以用于如图12中所示的封闭的贮藏器。

Claims (28)

1.一种用于探查结构(2、2a、2b)的方法，所述结构具有与液体或软介质(5)交界的内表面(21、21a、21b)，所述方法包括以下步骤：
a)借助于至少一个发射器(3)在所述结构(2、2a、2b)中激发声学波(A)，
b)至少将与所述结构(2、2a、2b)中激发的所述声学波(A)相关联的能量的一部分转换成为所述介质(5)的体积声波(B)，
c)至少将与所述体积声波(B)相关联的能量的一部分再转换成为所述结构(2、2a、2b)的声学波能量，由此在所述结构(2、2a、2b)中生成声学波，
d)由至少一个接收器(4、4a、4b)接收所述发射器(3)所诱发的声学波(A、B)，
e)验证所述结构(2、2a、2b)的所述内表面(21、21a、21b)与所述介质(5)之间是否存在覆层(1)，和/或如果覆层(1)存在，则通过评估所述接收器在接收到所述发射器(3)诱发的声学波时所生成的信号来确定所述覆层的特性，和/或
f)通过评估所述接收器在接收到所述发射器(3)诱发的声学波时所生成的信号来验证所述介质(5)的水平是否在预定值以下，
其中，步骤e)和/或f)包括评估第一信号和第二信号，其中，所述第一信号由所述接收器(4、4a、4b)在接收到从所述发射器(3)经由所述结构(2、2a、2b)直接传送的声学波时生成，且所述第二信号由于由所述结构中的声学波引起并朝向所述接收器(4、4a、4b)行进的介质中的声学声波而由所述接收器(4、4a、4b)生成；
其中，所述结构是声波导的侧结构，其中，所述发射器和所述接收器被成排布置在所述声波导上，其中，所述发射器和所述接收器之间的连接线与所述声波导的纵轴平行地延伸，其中，沿着所述结构(2、2a、2b)中激发的所述声学波的传播方向布置所述发射器(3)和所述接收器(4、4a)，其中，距所述发射器(3)和所述接收器(4a)之间的连接线一段距离来布置另外的接收器(4b)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述结构(2、2a、2b)中 激发的所述波的频率使得被激发的波是兰姆波或兰姆-瑞利波。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括将所述发射器(3)和所述接收器(4、4a、4b)布置在所述结构(2、2a、2b)上。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述发射器(3)和所述接收器(4、4a、4b)布置在所述结构(2、2a、2b)的、背向所述结构的内表面(21、21a、21b)的表面上。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法包括将所述发射器(3)和所述接收器(4、4a、4b)布置在所述结构的外表面(22a、22b)上，其中所述外表面背向所述接收器。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述结构(2、2a、2b)是至少部分填充有介质的容器。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述结构(2、2a、2b)是用于输送介质的导管。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述导管具有圆形或矩形横截面。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述结构(2、2a、2b)限定所述波导的内部空间，并且所述方法还包括将所述声波导耦合至技术设备。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述技术设备是用于输送液体或软介质的导管，或者用于容纳液体或软介质的容器。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对所述接收器(4、4a、4b)生成的信号的评估包括对所述信号的幅度和时间响应的评估。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对所述接收器(4、4a、4b)生成的信号的评估包括将评估的结果与预定值比较。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述发射器(3)和所述接收器(4a)布置在所述结构(2、2a、2b)的第一部分，并且将所述另外的接收器(4b)布置在所述结构的、与所述第一部分相对地延伸的第二部分。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，以下述方式来布置所述另外的接收器(4b)：所述发射器(3)与所述另外的接收器(4b)之间的距离和所述接收器(4a)与所述另外的接收器(4b)之间的距离基本相同。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以下述方式来布置所述发射器(3)和所述接收器(4a)：所述发射器(3)和所述接收器(4a)之间的连接线横穿所述结构(2、2a、2b)的内部空间。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，以下述方式来布置另外的接收器(4b)：所述发射器(3)被定位成与所述接收器和所述另外的接收器(4b)之间的连接线相距一段距离。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述发射器(3)与所述接收器(4a)之间的距离和所述发射器(3)与所述另外的接收器(4b)之间的距离基本相同。
18.一种用于容纳和/或传导液体或软介质的结构，包括：
a)与液体或软介质(5)交界的内表面，
b)发射器(3)，用于在所述结构(2、2a、2b)中激发声学波，
c)所述结构和所述介质(5)之间的界面，在该界面处，至少把与所述结构中的所述声学波(A)相关联的能量的一部分转换成为所述介质(5)的体积声波(B)，
d)所述结构和所述介质(5)之间的界面，在该界面处，至少把与所述体积声波(B)相关联的能量的一部分再转换成为所述结构的声学波能量，由此在所述结构中生成声学波(A)，
e)接收器(4、4a、4b)，用于接收所述发射器(3)所诱发的声学波，
f)评估装置，被配置和构造成用于对所述接收器(4、4a、4b)在接收到所述发射器(3)诱发的声学波时所生成的信号进行评估，并用于验证所述结构(2、2a、2b)的内表面(21、21a、21b)与所述介质(5)之间是否存在覆层(1)，以及/或者如果覆层存在，则用于确定所述覆层的特性，和/或验证所述介质(5)的水平是否在预定值以下，
其中，所述评估装置被配置为对第一信号和第二信号进行评估，其中，所述第一信号由所述接收器(4、4a、4b)在接收到从所述发射器(3)经由所述结构(2、2a、2b)直接传送的声学波时生成，且所述第二信号由于由所述结构中的声学波引起并朝向所述接收器行进的介质中的声学声波而由所述接收器生成；
其中，所述结构是声波导的侧结构，其中，所述发射器和所述接收器被成排布置在所述声波导上，其中，所述发射器和所述接收器之间的连接线与所述声波导的纵轴平行地延伸，其中，沿着所述结构(2、2a、2b)中激发的所述声学波的传播方向布置所述发射器(3)和所述接收器(4、4a)，其中，另外的接收器(4b)被布置成与所述发射器(3)和所述接收器(4a)之间的连接线相距一段距离。
19.根据权利要求18所述的结构，其中，所述发射器(3)和/或所述接收器(4、4a、4b)被布置在所述结构(2、2a、2b)的外表面(22a、22b)，其中所述外表面背向所述结构的所述内表面(21、21a、21b)。
20.根据权利要求18或19所述的结构，其中，所述结构(2、2a、2b)是用于输送液体或软介质的导管或者用于容纳液体或软介质的容器。
21.根据权利要求18或19所述的结构，还包括耦合装置，所述耦合装置用于将所述声波导耦合到至少部分填充有介质(5)的中空元件。
22.根据权利要求21所述的结构，其中，所述耦合装置允许所述声波导耦合至中空元件，所述中空元件为容器和/或用于输送液体或软介质的导管的形式。
23.根据权利要求18或19所述的结构，其中，另外的接收器(4b)被布置成使得所述发射器(3)和所述另外的接收器(4b)之间的连接线横穿所述波导的内部空间。
24.根据权利要求18所述的结构，其中，所述另外的接收器(4b)被布置成使得所述发射器(3)与所述另外的接收器(4b)之间的距离和所述接收器(4a)与所述另外的接收器(4b)之间的距离基本相同。
25.根据权利要求18或19所述的结构，其中，所述发射器(3)和所述接收器(4a)被布置成使得所述发射器(3)和所述接收器(4a)之间的连接线横穿所述波导的内部空间。
26.根据权利要求25所述的结构，其中，另外的接收器(4b)被布置成使得所述发射器(3)被定位成与所述接收器(4a)和所述另外的接收器(4b)之间的连接线相距一段距离。
27.根据权利要求26所述的结构，其中，所述发射器(3)与所述接收器(4a)之间的距离和所述发射器(3)与所述另外的接收器(4b)之间的距离基本相同。
28.根据权利要求18或19所述的结构，其中，所述结构是包括用于填入所述介质的开口(101)的中空的圆筒，所述开口被布置在所述圆筒的一端，且所述发射器(3)被布置成与所述开口(101)相邻。
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