CN112697233A - 一种低盲区超声波物位传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低盲区超声波物位传感器，包括壳体和两个超声波振子，其中一个所述超声波振子用于发射超声波，另一个所述超声波振子用于接收超声波，两个所述超声波振子位于所述壳体内部；两个所述超声波振子分别安装于对应的振子安装座；两个所述振子安装座之间设置分隔结构；所述壳体前端设置用于安装所述传感器的安装结构。采用本发明的技术方案解决了现有的超声波物位传感器存在检测盲区，有效测量范围不能满足需要的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及物位测量领域，具体而言，尤其涉及一种低盲区超声波物位传感器。
背景技术
超声波物位传感器用于物位测量，即用于测量各种容器内的液体液位或固体料位，或者用于距离的测量。
现有的超声波物位传感器结构如图1所示，由壳体36和安装于壳体内的超声波振子37构成，振子通过匹配层38与壳体粘接，壳体后部有安装螺纹39。超声波振子37为收发合一的单个超声波换能器，可以是圆形的超声波换能器或者是由前后电极及超声波换能器构成的夹心式换能器。超声波振子在电子单元的高压脉冲的驱动下向外发出超声波，超声波在传播的过程中被物体反射回来，再次被超声波振子接收到并转换为电脉冲，由电子单元检测出来，根据从超声波发射到被反射回来的时间，就可以确定超声波的传播距离，根据这一原理可以用来测量距离，判断物体的位置。
现有的超声波物位传感器由于是单一的超声波振子，超声波传感器在主动发射超声波时不能同时分辨反射回波，同时振子在主动发射完超声波后还存在一定时间长度的余振，当余振较强时也无法分辨反射回波，因此在从传感器表面向外开始的一段距离之内无法检测物位，这段距离为盲区。由于盲区的存在，同时因为现有的超声波传感器通常是通过后部的螺纹33来进行安装的，当用于测量容器内的液体液位或固体料位时，传感器前面部分要深入被测容器法兰口中，这相当于又增加了探头的盲区，使得物位计的有效测量范围减小，容器内的料位或液位升得较高时无法检测到，这在很多情况下是不允许的，不能满足物位测量的需要。
发明内容
根据上述提出现有的超声波物位传感器存在检测盲区，有效测量范围不能满足需要的技术问题，而提供一种低盲区超声波物位传感器，能够大幅降低盲区值，提高测量的有效范围，满足物位测量的需要。
本发明采用的技术手段如下：
一种低盲区超声波物位传感器，包括壳体和两个超声波振子，其中一个所述超声波振子用于发射超声波，另一个所述超声波振子用于接收超声波，两个所述超声波振子位于所述壳体内部；
两个所述超声波振子分别安装于对应的振子安装座；两个所述振子安装座之间设置分隔结构；
所述壳体前端设置用于安装所述传感器的安装结构。
进一步地，所述超声波振子为圆形、环型或者长方形超声波换能器。
进一步地，所述超声波振子为半圆形超声波换能器。
进一步地，所述超声波振子与所述振子安装座之间粘接有匹配层。
进一步地，用于接收超声波的所述超声波振子侧面设置有金属屏蔽层。
进一步地，在用于发射超声波的所述超声波振子的侧面或后部粘附有阻尼材料。
进一步地，在用于接收超声波的所述超声波振子的侧面或后部粘附有阻尼材料。
进一步地，所述振子安装座为所述壳体的底面或振子外壳，每一个所述超声波振子对应的所述振子安装座可以为所述壳体的底面或所述振子外壳。
进一步地，当所述超声波振子安装于所述振子外壳时，所述振子外壳与所述分隔结构之间设置有橡胶圈，所述振子外壳内嵌设置于所述分隔结构。
进一步地，所述振子安装座前后位置不同，在竖直方向存在有高度差。
进一步地，所述安装结构为安装螺纹。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的低盲区超声波物位传感器，设置了两个振子，由于两个振子并不处于同一结构上，当一个振子发射超声波产生振动时，另一个振子受到的振动影响很小，同时由于采用前端螺纹安装超声波物位传感器，可以很快或者同时接收反射的回波，使得传感器的盲区非常小甚至为零。
基于上述理由本发明可在物位测量等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的超声波物位传感器结构示意图。
图2为本发明所述的超声波物位传感器结构示意图。
图3为本发明实施例1所述的的超声波物位传感器结构示意图。
图4为本发明实施例1其中一个振子与壳体的组合方式截面示意图。
图5为本发明实施例2所述的的超声波物位传感器结构示意图。
图6为现有技术中的超声波物位传感器的发射波与回波波形图。
图7为本发明实施例1所述的的超声波物位传感器发射波与回波波形图。
图8为本发明实施例2所述的的超声波物位传感器发射波与回波波形图。
图9为本发明所述分隔结构结构示意图。
图中：1、19、31、36：壳体；3、9、11、18、23、30、37：超声波振子；4、8、17、24、29、33、38：匹配层；22、34：金属屏蔽层；5、7、16、25、28振子安装座；13、振子外壳；12、橡胶圈；6、15、27、39：安装螺纹；2、14、26：分隔结构；20、32：电子单元；10、21：壳体上盖；35、阻尼材料。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图2所示，本发明提供了一种低盲区超声波物位传感器，包括壳体1和两个超声波振子3、9，其中一个所述超声波振子3用于发射超声波，另一个所述超声波振子9用于接收超声波，两个所述超声波振子3、9位于所述壳体1内部；
两个所述超声波振子3、9分别安装于对应的振子安装座5、7；两个所述振子安装座5、7之间设置分隔结构2；
所述壳体1前端设置用于安装所述传感器的安装结构。
当两个超声波振子分别安装于两个振子安装座上，分隔结构能够更好的分隔开两个振子安装座，减小两个安装座之间的振动影响，由于两个超声波振子安装于不同结构上，使得发射超声波振子发射声波时产生的振动对接收超声波振子影响很小，接收超声波振子受到的余振很小，可以很快接收回波，进而使得传感器的检测盲区很小。
现有的超声波物位传感器通常需要安装在容器内部进行检测，但是当容器内的料位或液位升得较高时由于盲区的存在而无法检测，而本发明所述的物位传感器前端设置安装结构，在使用时，安装于容器外部，减小了检测盲区同时通过设置的所述壳体能够保护传感器的整体结构。
进一步地，所述超声波振子为圆形、环型或者长方形的超声波换能器。
进一步地，所述超声波振子3、9与所述振子安装座5、7之间粘接有匹配层4、8，以便声波信号被有效的传播和接收。
进一步地，用于接收超声波的所述超声波振子侧面设置有金属屏蔽层。
进一步地，在用于发射超声波的所述超声波振子的侧面或后部粘附有阻尼材料。
进一步地，在用于接收超声波的所述超声波振子的侧面或后部粘附有阻尼材料。
进一步地，所述振子安装座为所述壳体的底面或振子外壳，每一个所述超声波振子对应的所述振子安装座可以为所述壳体的底面或所述振子外壳。
优选地，如图2所示，所述振子安装座5、7为所述壳体1的底面，所述超声波振子3、9分别通过所述匹配层4、8粘接于所述振子安装座5、7，且两个所述振子安装座5、7不在同一水平面内，两个所述振子安装座5、7之间的所述分隔结构2为竖直挡板结构；
进一步地，如图9(a)-(e)所示，所述分隔结构2可以设置为凸起结构(a、b)、凹陷结构(c)、竖直挡板结构(d)或倒置的T型结构(e)；如图9(a)、(c)和(e)所示，两个所述超声波振子3、9的安装面可以位于同一水平面内，即两个所述振子安装座5、7位于同一水平面内，或者，两个所述超声波振子3、9的安装面不在同一水平面内，即两个所述振子安装座5、7不在同一水平面内，优选地，如图9(b)、(d)所示，可以在竖直方向上具有高度差。
进一步地，所述安装结构为安装螺纹6，安装于容器外部的传感器，能够增加回波信号的传播行程，减小检测盲区，提高近距离的检查范围。
本实施例所述的超声波物位传感器，由于两个振子并不处于同一结构上，当一个振子发射超声波产生振动时，另一个振子受到的振动影响很小，同时由于通过安装螺纹6将超声波物位传感器安装于容器外部，可以很快或者同时接收反射的回波，使得传感器的盲区非常小甚至为零。
优选地，如图9(e)所示，两个所述超声波振子3、9对应的所述振子安装座5、7均为振子外壳，所述超声波振子3、9分别通过所述匹配层4、8粘接于所述振子外壳内，且所述振子外壳5、7与所述分隔结构2之间设置有橡胶圈；所述振子安装座5、7之间的分隔结构2可以设置为倒置的T型结构，两个所述超声波振子3、9的安装面可以位于同一水平面内，或者，两个所述超声波振子3、9的安装面不在同一水平面内。
优选地，如图3所示，所述超声波振子11、18为圆形超声波换能器，直径为20mm，厚度为6mm，所述超声波振子18用于发射超声波，所述超声波振子11用于接收回波，当所述壳体19竖直放置时，所述超声波振子18和所述超声波振子11呈左右分布。
进一步地，所述壳体19为圆柱形，直径为60mm。
进一步地，所述壳体19内设置有与所述超声波振子电连接的电子单元20，用于控制所述超声波振子发射超声波及接收回波信号。
进一步地，所述壳体19一端设置有安装螺纹15，用于在使用时安装所述传感器，另一端安装有壳体上盖10，所述壳体上盖10设置有电缆引入装置。
进一步地，所述超声波振子18对应的所述振子安装座16为所述壳体19的底面，所述超声波振子18通过所述匹配层17粘接于所述壳体19的底面；
所述超声波振子11对应的所述振子安装座为所述振子外壳13，所述振子安装座16与所述振子外壳13之间设置的所述分隔结构14为安装于所述壳体19底面的圆柱结构，所述振子外壳13内嵌设置于所述分隔结构14；
如图4所示，所述超声波振子11通过所述匹配层33粘接于所述振子外壳13内，且所述振子外壳13与所述分隔结构14之间设置有橡胶圈12；
所述超声波振子11的侧面设置有所述金属屏蔽层34，所述金属屏蔽层34位于所述超声波振子11与所述振子外壳13之间；
所述超声波振子11的侧面或后部粘附有所述阻尼材料35，所述阻尼材料可以是软性聚氨酯灌封胶。
进一步地，所述超声波振子11、18的后部空间应布置有吸声材料。
采用本实施例所述的传感器进行近距离检测时发射波与回波的波形如图7所示，接收振子接收到的发射波及余振很窄，约200us，同时由于两个超声波振子处于上下不同位置，当被测物体接近传感器时，允许有很窄的发射波及余振存在，回波与发射波并不重叠，可以正常检出，同时由于采用前端螺纹安装超声波物位传感器，使得超声波物位传感器的盲区可以达到2cm甚至零值。作为对比的现有的超声波物位传感器近距离测量波形如图6所示，该传感器标称盲区为25cm，发射波及余振窄约为1400us。
实施例2
如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述超声波振子的形状不同，为充分利用所述壳体31的内部空间，本实施例中所述超声波振子23、30为半圆形压电陶瓷片，这种外形可以使振子具有较大的表面积，振子的发射功率可以更大，接收灵敏度更高；所述超声波振子23、30呈半圆形，半径为18mm，厚度为4mm；所述超声波振子30用于发射超声波，所述超声波振子23用于接收回波。
进一步地，所述超声波振子30对应的所述振子安装座28为所述壳体31的底面，所述超声波振子30通过所述匹配层29粘接于所述壳体31的底面；
所述超声波振子23对应所述振子安装座25，二者形状相匹配，所述振子安装座28与所述振子安装座25之间设置的所述分隔结构26为安装于所述壳体31底面的半圆柱结构，所述振子安装座25内嵌设置于所述分隔结构26；
所述超声波振子23通过所述匹配层24粘接于所述振子安装座25内；
所述超声波振子23的侧面设置有所述金属屏蔽层22，所述金属屏蔽层22位于所述超声波振子23与所述分隔结构26上部之间；所述超声波振子23的侧面或后部粘附有所述阻尼材料；所述壳体31内设置有电子单元32；所述壳体31一端设置有安装螺纹27，另一端安装有壳体上盖21。
实施例2的近距离检测时发射波与回波的波形如图8所示，接收振子接收到的发射波及余振同样很窄，约为350us；同时由于发射振子与接收振子处于上下不同位置，当被测物体接近传感器时，允许有很窄的发射波及余振存在，回波与发射波并不重叠，可以正常检出，同时由于采用前端螺纹安装超声波物位传感器，使得超声波物位传感器的盲区可以达到5cm。作为对比的现有的超声波物位传感器近距离测量波形如图6所示，该传感器标称盲区为25cm，发射波及余振窄约为1400us。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (11)
1.一种低盲区超声波物位传感器，其特征在于，包括壳体和两个超声波振子，其中一个所述超声波振子用于发射超声波，另一个所述超声波振子用于接收超声波，两个所述超声波振子位于所述壳体内部；
两个所述超声波振子分别安装于对应的振子安装座；两个所述振子安装座之间设置分隔结构；
所述壳体前端设置用于安装所述传感器的安装结构。
2.根据权利要求1所述的低盲区超声波物位传感器，其特征在于，所述超声波振子为圆形、环型或者长方形超声波换能器。
3.根据权利要求1所述的低盲区超声波物位传感器，其特征在于，所述超声波振子为半圆形超声波换能器。
4.根据权利要求1所述的低盲区超声波物位传感器，其特征在于，所述超声波振子与所述振子安装座之间粘接有匹配层。
5.根据权利要求1所述的低盲区超声波物位传感器，其特征在于，用于接收超声波的所述超声波振子侧面设置有金属屏蔽层。
6.根据权利要求1所述的低盲区超声波物位传感器，其特征在于，在用于发射超声波的所述超声波振子的侧面或后部粘附有阻尼材料。
7.根据权利要求1所述的低盲区超声波物位传感器，其特征在于，在用于接收超声波的所述超声波振子的侧面或后部粘附有阻尼材料。
8.根据权利要求1所述的低盲区超声波物位传感器，其特征在于，所述振子安装座为所述壳体的底面或振子外壳，每一个所述超声波振子对应的所述振子安装座可以为所述壳体的底面或所述振子外壳。
9.根据权利要求8所述的低盲区超声波物位传感器，其特征在于，当所述超声波振子安装于所述振子外壳时，所述振子外壳与所述分隔结构之间设置有橡胶圈，所述振子外壳内嵌设置于所述分隔结构。
10.根据权利要求1所述的低盲区超声波物位传感器，其特征在于，所述振子安装座前后位置不同，在竖直方向存在有高度差。
11.根据权利要求1所述的低盲区超声波物位传感器，其特征在于，所述安装结构为安装螺纹。
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| CN202110182133.5A Pending CN112697233A (zh) | 2020-12-15 | 2021-02-09 | 一种低盲区超声波物位传感器 |
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|---|---|
| CN (1) | CN112697233A (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN2681098Y (zh) * | 2004-03-21 | 2005-02-23 | 董志伟 | 一种超声波探头 |
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-
2021
- 2021-02-09 CN CN202110182133.5A patent/CN112697233A/zh active Pending
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