CN110068384A - 用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法，其包括以下步骤：选取相同生产工艺条件下制作的n个超声波换能器；从n个超声波换能器中选出m个备选的超声波标准发射换能器；从m个备选的超声波标准发射换能器中经过筛选确定出1个换能器作为临时使用的超声波标准发射换能器；从剩余的备选的标准发射换能器中选出k个接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性符合产品设计要求的接收换能器作为用于检验的超声波标准发射换能器。本发明充分考虑了影响换能器性能的因素，并通过严格筛选确定最终用于检验的标准发射换能器，很大程度上提高了超声波换能器进行测量检验的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及超声水表技术领域，更详而言之涉及一种用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法。
背景技术
压电式超声波换能器是超声水表产品中的关键核心部件，在超声波渡越时间的测量中起到了至关重要的作用。压电式超声波换能器通常采用压电陶瓷材料作为“电-机-声”的转换元件，在阻抗匹配材料和背衬材料的共同作用下，可以在被测介质中完成超声波的发射、传输与接收等任务。在水介质中工作的超声波换能器，其工作频率一般选用较高值，因此压电陶瓷元件几乎都采用薄圆片厚度伸缩振动模式进行工作。换能器的性能指标和工作状态等因素直接决定了超声水表的测量准确度和长期工作稳定性。
目前国内外尚无评价超声波水表换能器综合性能指标(尤其是接收性能指标)的简单可行的规定和方法。在实际工作中，通常会选用同批次或不同批次制造的换能器进行相互测量，或选用未经严格筛选的换能器作为检验用的标准发射换能器，对被检换能器的接收特性进行综合测量和试验。显而易见，采用上述不严谨的方法去评价和验收换能器，其结果是存在有较大质量风险的。
超声波换能器的基本性能和抗环境影响等指标，必须满足超声水表整机的技术要求。因此，建立换能器性能评价指标需要根据超声水表整机的综合要求而确定，通常应关注换能器以下的技术指标：(1)固有频率和信号输出幅值的一致性；(2)信号输出幅值的短期重复性；(3)信号输出幅值的长期稳定性；(4)抗环境影响性能等。这些评价指标通常是以相对值、变化量及偏移量的方式设计拟定的。
超声波水表换能器是成对开展工作的，它需要同时兼顾超声波发射和接收的双重功能(即：每个超声波换能器既承担发射超声波的功能，同时又承担接收超声波的功能，且以循环方式进行工作)。根据超声水表使用特性的要求，对换能器的评价应重点放在其接收特性的检验上。大量实践表明，凡是接收特性符合要求的换能器，通常情况下其发射特性也是能够满足相应技术要求的。
因此，如何准确评价换能器的接收特性是一项非常重要的工作。评价换能器接收特性的相对值、变化量和偏移量，需要有性能相对稳定、发射功率基本满足要求的换能器作为用于检验的超声波标准发射换能器，以保证测量和检验工作的可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法，在一定程度上解决了上述问题，保证了超声波换能器进行测量检验的可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法，其包括以下步骤：
(S1)根据预设的产品参数范围选取相同生产工艺条件下制作的n个超声波换能器；
(S2)通过测量，从所述n个超声波换能器中选出m个机械品质因数符合预设范围，且换能器固有频率与工作频率的偏差值小于预设值的超声波换能器作为备选的超声波标准发射换能器；
(S3)从所述m个备选的超声波标准发射换能器中任选出1个换能器作为临时使用的超声波标准发射换能器；
(S4)设置选用的临时使用的超声波标准发射换能器与剩余的备选的超声波标准发射换能器进行配对工作，逐个测量剩余的备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性；
(S5)判断剩余的备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性是否符合预设范围：
若连续出现至少2个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围，则剔除原选用的临时使用的超声波标准发射换能器，并从剩余的备选的超声波标准发射换能器中再任选出一个换能器予以替代作为新的临时使用的超声波标准发射换能器，重复执行所述步骤(S4)，直至未连续出现至少2个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围；
若未连续出现至少2个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围，则保留原选用的临时使用的超声波标准发射换能器；
(S6)从剩余的备选的超声波标准发射换能器中选出k个接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性符合预设范围的接收换能器作为用于检验的超声波标准发射换能器。
根据本发明的优选实施例，所述用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法进一步包括步骤(S7)：将筛选出的k个用于检验的超声波标准发射换能器进行互测，将接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围的换能器应予以剔除。
优选地，所述k大于或等于3。
优选地，所述n大于或等于10。
优选地，在所述步骤(S5)中，判断剩余的备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性是否符合预设范围时，若连续出现3个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围，则剔除原选用的临时使用的超声波标准发射换能器，并从剩余的备选的超声波标准发射换能器中再任选出一个换能器予以替代作为新的临时使用的超声波标准发射换能器，重复执行所述步骤(S4)，直至未连续出现至少3个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围；
若未连续出现至少3个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围，则保留原选用的临时使用的超声波标准发射换能器。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：首先，选取相同生产工艺条件下制作的超声波换能器，能够减小生产工艺的差异对换能器性能和输出功率造成的影响；其次，再从中选取机械品质因数符合预设范围，且换能器固有频率与工作频率的偏差值小于预设值的换能器作为备选的标准发射换能器，使得换能器的性能有所保证；再次，根据换能器的设备特性，并结合概率统计从备选的标准换能器中筛选出临时使用的标准发射换能器；最后，通过临时使用的标准发射换能器与剩余的备选的标准发射换能器进行配对工作，从中再筛选出接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性指标都符合设计要求的换能器作为最终的用于检验的超声波标准发射换能器，并且后续还会对最终筛选出的标准发射换能器进行长期的不定期互测，确保标准发射换能器的性能始终符合设计要求。本发明充分考虑了影响换能器性能的因素，并通过严格筛选确定最终用于检验的标准发射换能器，很大程度上提高了超声波换能器进行测量检验的可靠性。
本发明的上述以及其它目的、特征、优点将通过下面的详细说明和附图进一步明确。
附图说明
图1是根据本发明优选实施例的用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法的流程示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
参看附图之图1，根据本发明优选实施例的用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法将在接下来的描述中被阐明，其包括以下步骤：
(S1)根据预设的产品参数范围选取相同生产工艺条件下制作的n个超声波换能器；
(S2)通过测量，从所述n个超声波换能器中选出m个机械品质因数符合预设范围，且换能器固有频率与工作频率的偏差值小于预设值的超声波换能器作为备选的超声波标准发射换能器；
(S3)从所述m个备选的超声波标准发射换能器中任选出1个换能器作为临时使用的超声波标准发射换能器；
(S4)设置选用的临时使用的超声波标准发射换能器与剩余的备选的超声波标准发射换能器进行配对工作，逐个测量剩余的备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性；
(S5)判断剩余的备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性是否符合预设范围：
若连续出现至少2个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围，则剔除原选用的临时使用的超声波标准发射换能器，并从剩余的备选的超声波标准发射换能器中再任选出一个换能器予以替代作为新的临时使用的超声波标准发射换能器，重复执行所述步骤(S4)，直至未连续出现至少2个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围；
若未连续出现至少2个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围，则保留原选用的临时使用的超声波标准发射换能器；
(S6)从剩余的备选的超声波标准发射换能器中选出k个接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性符合预设范围的接收换能器作为用于检验的超声波标准发射换能器。
最终，对于筛选出的用于检验的超声波标准发射换能器应按行业内的惯用标准要求进行贮存，以避免换能器的性能受到环境干扰而出现异常。
在所述步骤(S1)中，预设的产品参数包括换能器的绝缘性能、机械品质因数、换能器反谐振频率等指标，从相同生产工艺条件下选出的所述n个超声波换能器应符合上述参数要求，从而配合超声水表整机的设计要求。另外，选取相同生产工艺条件下制作的超声波换能器，能够减小生产工艺的差异对换能器性能和输出功率造成的影响。
为了满足后续的筛选过程，所述n大于或等于10。为了区分筛选出的各个换能器，在实际操作中可对各个换能器进行逐一编号，便于后续筛选过程中进行辨认，不易混淆。
在所述步骤(S2)中，所述机械品质因数的预设范围可根据换能器的型号和类别具体设定。
需要说明的是，在所述步骤(S4)中进行换能器的配对工作时，将所述步骤(S3)中选用的临时使用的超声波标准发射换能器作为发射换能器，将剩余的备选的超声波标准发射换能器作为被测的接收换能器。
在所述步骤(S3)至所述步骤(S5)中，一般来说，剩余的备选的超声波标准发射换能器中连续出现2个及以上的换能器出现故障的可能性较小。因此，从概率统计的角度判断，当连续出现至少2个备选的超声波标准发射换能器的信号输出幅值和信号输出幅值重复性不符合预设范围时，则可大概率认定原选用的临时使用的超声波标准发射换能器存在质量问题并予以剔除。通过多次挑选出临时使用的超声波标准发射换能器并进行验证，直至未连续出现至少2个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围，从而确保临时使用的超声波标准发射换能器的质量符合要求。
优选地，为了从概率上进一步提高所述步骤(S5)中剔除换能器的准确性，在实际操作中可将连续出现3个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围作为剔除原选用换能器的依据。
在所述步骤(S6)中，优选地，所述k大于或等于3。
大量实践表明，凡是接收特性符合要求的换能器，通常情况下其发射特性也是能够满足相应技术要求的。因此，在所述步骤(S6)中，也可将在所述步骤(S5)中确定选用的所述临时使用的超声波标准发射换能器选用为最终用于检验的超声波标准发射换能器。
进一步地，所述用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法进一步包括步骤(S7)：将筛选出的k个用于检验的超声波标准发射换能器进行互测，若出现接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围的换能器应予以剔除。并且，筛选出的超声波标准发射换能器之间的互测应保持为长期的不定期互测，从而能够长期观察换能器的工作稳定性，一旦出现异常应进行剔除或重新筛选，从而确保标准发射换能器的性能始终符合设计要求。
本领域技术人员容易理解的是，所述步骤(S5)至所述步骤(S7)中提出的针对于接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性的预设范围需要根据超声水表整机的综合要求和筛选样品的实际情况进行调整设定。另外需要说明的是，所述接收信号输出幅值重复性指的是单个换能器的多个接收信号输出幅值之间的离散程度，可通过统计学中常用的统计算法计算得出。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。
Claims (5)
1.用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)根据预设的产品参数范围选取相同生产工艺条件下制作的n个超声波换能器；
(S2)通过测量，从所述n个超声波换能器中选出m个机械品质因数符合预设范围，且换能器固有频率与工作频率的偏差值小于预设值的超声波换能器作为备选的超声波标准发射换能器；
(S3)从所述m个备选的超声波标准发射换能器中任选出1个换能器作为临时使用的超声波标准发射换能器；
(S4)设置选用的临时使用的超声波标准发射换能器与剩余的备选的超声波标准发射换能器进行配对工作，逐个测量剩余的备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性；
(S5)判断剩余的备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性是否符合预设范围：
若连续出现至少2个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围，则剔除原选用的临时使用的超声波标准发射换能器，并从剩余的备选的超声波标准发射换能器中再任选出一个换能器予以替代作为新的临时使用的超声波标准发射换能器，重复执行所述步骤(S4)，直至未连续出现至少2个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围；
若未连续出现至少2个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围，则保留原选用的临时使用的超声波标准发射换能器；
(S6)从剩余的备选的超声波标准发射换能器中选出k个接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性符合预设范围的接收换能器作为用于检验的超声波标准发射换能器。
2.根据权利要求1所述的用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法，其特征在于，进一步包括步骤(S7)：将筛选出的k个用于检验的超声波标准发射换能器进行互测，将接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围的换能器予以剔除。
3.根据权利要求1所述的用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法，其特征在于，所述k大于或等于3。
4.根据权利要求1所述的用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法，其特征在于，所述n大于或等于10。
5.根据权利要求1所述的用于检验的超声波标准发射换能器的筛选方法，其特征在于，在所述步骤(S5)中，判断剩余的备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性是否符合预设范围时，若连续出现3个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围，则剔除原选用的临时使用的超声波标准发射换能器，并从剩余的备选的超声波标准发射换能器中再任选出一个换能器予以替代作为新的临时使用的超声波标准发射换能器，重复执行所述步骤(S4)，直至未连续出现至少3个备选的超声波标准发射换能器的接收信号输出幅值和接收信号输出幅值重复性不符合预设范围；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 355 Hongxing Road, Jiangbei District, Ningbo, Zhejiang 315000 Applicant after: Ningbo water meter (Group) Co.,Ltd. Address before: 355 Hongxing Road, Jiangbei District, Ningbo, Zhejiang 315000 Applicant before: NINGBO WATER METER Co.,Ltd. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Xinxin Inventor after: Chen Fuguang Inventor after: Yao Ling Inventor before: Wang Xinxin Inventor before: Yao Ling |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |