CN117063047A - 用于在压电式液位传感器中使用的感测组件 - Google Patents

用于在压电式液位传感器中使用的感测组件 Download PDF

Info

Publication number
CN117063047A
CN117063047A CN202180095338.8A CN202180095338A CN117063047A CN 117063047 A CN117063047 A CN 117063047A CN 202180095338 A CN202180095338 A CN 202180095338A CN 117063047 A CN117063047 A CN 117063047A
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric
sensing module
layer
sensing assembly
magnetostrictive wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180095338.8A
Other languages
English (en)
Inventor
伍建军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Publication of CN117063047A publication Critical patent/CN117063047A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes
    • G01N29/2437Piezoelectric probes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/22Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water
    • G01F23/28Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measuring physical variables, other than linear dimensions, pressure or weight, dependent on the level to be measured, e.g. by difference of heat transfer of steam or water by measuring the variations of parameters of electromagnetic or acoustic waves applied directly to the liquid or fluent solid material
    • G01F23/296Acoustic waves
    • G01F23/2962Measuring transit time of reflected waves
    • G01F23/2963Measuring transit time of reflected waves magnetostrictive
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/30Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
    • G01F23/64Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements
    • G01F23/72Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats of the free float type without mechanical transmission elements using magnetically actuated indicating means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02836Flow rate, liquid level
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/048Transmission, i.e. analysed material between transmitter and receiver

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

本公开实施例提供了一种用于压电式液位传感器的感测组件。该感测组件包括:第一压电感测模块,该第一压电感测模块被布置在磁致伸缩导线上,并且适于接收沿着磁致伸缩导线传播的超声导波信号;第二压电感测模块,该第二压电感测模块被布置在磁致伸缩导线上并与第一压电感测模块隔开;以及隔离层,该隔离层被布置在磁致伸缩导线上,位于第一压电感测模块和第二压电感测模块之间,并且适于阻挡超声导波信号传播至第二压电感测模块。利用这些实施例,可以在强振动噪声下精确地计算油罐中油的液位。

Description

用于在压电式液位传感器中使用的感测组件
技术领域
本公开的示例实施例主要涉及液位传感器领域,并且更特别地,涉及一种用于压电式液位传感器的感测组件。
背景技术
现代社会的爆炸式发展已经导致对石油产品的需求持续扩大,进而引起了石化工业的快速发展。随着原油和其他化工产品交易量的不断增加,寻找一种准确、有效且可靠的容量测量方法变得越来越重要。在石油交易中,结算通常是基于油罐中石油产品的体积或质量。在使用体积作为结算标准的情况下,油罐中石油产品的体积测量已经成为石油贸易的焦点。目前,常规的体积测量方法一般包括围尺法、光学参比线法、全站仪法和容量比较法。
围尺法是用钢卷尺测量油罐容积的传统方法。通过测量油罐不同圈板的周长和厚度,可以计算出相应的内径,得到油罐的容积。围尺法对钢卷尺的精度、测量方法和操作者的经验要求较高。此外,围尺法的效率相对较低。光学参比线法利用光学仪器测量圈板相对于参比圆的半径差,然后得到油罐的容积。然而,光学参比线法需要高空操作,非常危险并且是劳动密集型的。此外,光学参比线法的工作效率也很低。全站仪法的测量过程容易受噪声干扰影响,并且十分耗时。容量比较法用水代替油注入油罐内,最终通过测量水的体积得到油罐的容积。容量比较法准确度高,但花费的时间长,并且需要消耗大量人力和物力。
油罐中的油的体积与油的液位高度直接相关。因此,可以通过监测液位的变化,计算油罐中的油的体积。液位计通常用于液位测量过程。常规的液位计包括接触式液位计,诸如电容式、静压式和磁致伸缩式液位计,以及非接触式液位计,诸如激光、超声波和雷达液位计。磁致伸缩式液位计精确度高且测量范围大,因而广泛应用于诸如炼油厂、油库、化工和造纸等许多行业。考虑到化工生产的实际情况,磁致伸缩式液位计中的传感器应当能够满足高集成度、高灵敏度、强抗振性和坚固可靠等要求。
实用新型专利CN201020162439.1号描述了一种磁致伸缩式液位计,该液位计在测量过程中使用压电传感器作为接收装置,接收沿磁致伸缩导线传播的超声导波。压电传感器对超声导波的接收效率较高,但对磁致伸缩式液位计使用期间的振动噪声也很敏感。即使在磁致伸缩式液位计中使用带通滤波器单元,也难以避免与超声导波处于相同频带的振动噪声。
因此,需要一种在强振动噪声下实现高精度液位测量的解决方案。
发明内容
鉴于上述问题,本公开的示例实施例提出了一种感测组件和一种压电式液位传感器。
在第一方面,本公开的示例实施例提供了一种用于压电式液位传感器的感测组件。该感测组件包括:第一压电感测模块,第一压电感测模块布置在磁致伸缩导线上,并且适于接收沿着磁致伸缩导线传播的超声导波信号;第二压电感测模块,第二压电感测模块布置在磁致伸缩导线上并与第一压电感测模块隔开;以及隔离层,隔离层布置在磁致伸缩导线上,位于第一压电感测模块和第二压电感测模块之间,并且适于阻挡超声导波信号传播至第二压电感测模块。
在一些实施例中,隔离层包含从由橡胶、沥青、玻璃和复合材料组成的组中选择的材料。
在一些实施例中,第一压电感测模块和第二压电感测模块中的每一个分别包括:匹配层,匹配层布置在磁致伸缩导线上,并且适于传递机械波振动;围绕匹配层布置的多个压电环段,在多个压电环段之间形成第一间隙和第二间隙;围绕多个压电环段布置的紧固层;接地电极,接地电极延伸至第一间隙中,并且电连接至对应的压电环段;以及信号电极,信号电极延伸至第二间隙中,并且电连接至对应的压电环段。
在一些实施例中,多个压电环段包括:第一半压电环,第一半压电环具有平行于磁致伸缩导线的第一极化方向;以及第二半压电环,第二半压电环具有与第一极化方向相反的第二极化方向,其中第一间隙和第二间隙形成于第一半压电环的两端和第二半压电环的两端之间。
在一些实施例中,第一半压电环和第二半压电环中的每一个分别占据175°至180°范围内的角度。
在一些实施例中,在平行于磁致伸缩导线的方向上,紧固层的厚度基本上等于匹配层的厚度。
在一些实施例中,在平行于磁致伸缩导线的方向上,多个压电环段的厚度小于紧固层和匹配层的厚度。
在一些实施例中,匹配层和紧固层经由粘合剂被耦接至隔离层,并且多个压电环段中的每个压电环段与隔离层隔开。
在一些实施例中,第一压电感测模块的接地电极与第二压电感测模块的接地电极一体地形成。
在一些实施例中,隔离层设置有供接地电极穿过的凹槽。
在一些实施例中,多个压电环段中的每个压电环段分别包含从由钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸铅或改性钛酸铅组成的组中选择的材料。
在一些实施例中,匹配层和紧固层中的每一个分别包含树脂或塑料。
在一些实施例中,接地电极和信号电极中的每一个分别包含铜。
在一些实施例中,感测组件还包括外保护层,外保护层包围第一压电感测模块、第二压电感测模块和隔离层。
在第二方面,本公开的示例实施例提供了一种压电式液位传感器。该压电式液位传感器包括:磁致伸缩导线;根据本公开第一方面的感测组件,感测组件布置在磁致伸缩导线上;探杆,磁致伸缩导线布置在探杆中;以及浮动元件,浮动元件围绕探杆并且能够沿着探杆滑动。
根据本公开的实施例,当压电式液位传感器用于测量油罐中油的液位时,磁致伸缩导线上生成的超声导波信号能够传播至第一压电感测模块,但由于被隔离层阻挡,不会传播至第二压电感测模块。同时,测量过程期间存在于压电式液位传感器中的振动噪声可以被传输至第一压电感测模块和第二压电感测模块两者。通过从第一压电感测模块接收到的信号中减去第二压电感测模块接收到的信号,可以提取出超声导波信号。这样,在强振动噪声下,可以精确地计算油罐中油的液位。
附图说明
提供本文描述的附图以进一步解释本公开,并且附图构成本公开的一部分。本公开的示例实施例及其说明用于解释本公开,而非不当地限制本公开。
图1示出了根据本公开实施例的压电式液位传感器的透视图;
图2示出了根据本公开实施例的用于压电式液位传感器的感测组件的透视图;
图3示出了图2所示的感测组件的局部示意图,其中移除了外保护层;
图4示出了图2所示的感测组件的分解图;
图5示出了图2所示的感测组件中的压电环段的示意性布置;
图6示出在压电式液位传感器中不存在振动噪声的情况下,由第一压电感测模块和第二压电感测模块接收的信号图;
图7示出在压电式液位传感器中不存在振动噪声的情况下,由第一压电感测模块和第二压电感测模块接收的信号之间的差分信号图;
图8示出在压电式液位传感器中存在振动噪声的情况下,由第一压电感测模块和第二压电感测模块接收的信号图;并且
图9示出在压电式液位传感器中存在振动噪声的情况下,由第一压电感测模块和第二压电感测模块接收的信号之间的差分信号图。
在整个附图中,相同或相似的附图标记用于表示相同或相似元件。
具体实施方式
现在将参考附图中示出的几个示例实施例来描述本公开的原理。虽然在附图中示出了本公开的示例实施例,但应当理解的是,描述这些实施例的目的仅在于使本领域技术人员能够更好地理解并进而实现本公开,并非旨在以任何方式限制本公开的范围。
术语“包括”或“包含”及其变体应理解为开放术语,意指“包括但不限于”。术语“或”应解读为“和/或”,除非上下文中另有明确说明。术语“基于”应理解为“至少部分地基于”。术语“能够操作为”表示可以通过由用户或外部机构引起的操作来实现功能、动作、运动或状态。术语“一个实施例”和“实施例”应理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应理解为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指不同或相同的对象。其他定义(显式和隐式)可以包含在下文中。除非上下文中另外明确指出,否则术语的定义在整个说明书中是一致的。
根据本公开的实施例,为了降低振动噪声对磁致伸缩式压电式液位传感器的测量精度的影响,在压电式液位传感器中设置两个压电感测模块,并且在两个压电感测模块之间布置隔离层。如将在以下段落中详细描述的,可以以各种方式实现上述构思。
下面将结合图1至图9对本公开的原理进行详细描述。首先参见图1,图1示出了根据本公开实施例的压电式液位传感器100的透视图。如图所示,压电式液位传感器100一般包括磁致伸缩导线1、感测组件2、探杆16和浮动元件17。磁致伸缩导线1布置在探杆16中。感测组件2布置在磁致伸缩导线1的端部附近,并且容纳在壳体18中。下面将参照图2至图5详细描述感测组件2的示例构造。浮动元件17围绕探杆16,并且能够相对于探杆16滑动。浮动元件17内安装永磁体(未示出),以在磁致伸缩导线1周围产生第一静态磁场。
在一些实施例中,磁致伸缩导线1包括铁-钴-镍合金。在其他实施例中,磁致伸缩导线1可以由其他材料制成。本公开的范围并非旨在限于此方面。
当压电式液位传感器100用于测量油罐中的油的液位时,压电式液位传感器100可以固定在油罐上,使得探杆16插入油中。由于浮动元件17在油中受到浮力,浮动元件17将浮在油的表面上。此时,如果向磁致伸缩导线1施加电流脉冲信号,则将在磁致伸缩导线1周围产生第二动态磁场。第二动态磁场可以与浮动元件17内的永磁体产生的第一静态磁场相互作用。这种相互作用将使得磁致伸缩导线1在对应于浮动元件17的位置变形。由于磁致伸缩导线1的变形,可以生成超声导波信号并沿磁致伸缩导线1传播。该超声导波信号可以由感测组件2接收。通过计算所施加的电流脉冲信号与所接收的超声导波信号之间的时间差并考虑超声导波信号的已知声速,可以计算浮动元件17与感测组件2之间的距离,从而获得关于液位的信息。
图2示出了根据本公开实施例的感测组件2的透视图。如图2所示,感测组件2布置在磁致伸缩导线1上。感测组件2包括外保护层5以及由外保护层5包围的其它元件(未示出)。图3示出了图2所示的感测组件的局部示意图,其中移除了外保护层5。如图3所示,感测组件2包括第一压电感测模块21、第二压电感测模块22和隔离层4。第一压电感测模块21和第二压电感测模块22布置在磁致伸缩导线1上且彼此隔开。隔离层4布置在磁致伸缩导线1上,位于第一压电感测模块21和第二压电感测模块22之间。例如,隔离层4上可以设置有圆孔,磁致伸缩导线1延伸穿过该圆孔。第一压电感测模块21比第二压电感测模块22更靠近浮动元件17。第一压电感测模块21适于接收沿着磁致伸缩导线1传播的超声导波信号。隔离层4适于阻挡超声导波信号传播至第二压电感测模块22。
通过上述布置,磁致伸缩导线1上生成的超声导波信号能够传播至第一压电感测模块21,但由于被隔离层4阻挡,不会传播至第二压电感测模块22。同时,测量过程期间存于压电式液位传感器100中的振动噪声可以被传输至第一压电感测模块21和第二压电感测模块22两者。通过从第一压电感测模块21接收到的信号中减去第二压电感测模块22接收到的信号,可以获得超声导波信号。基于超声导波信号,可以在强振动噪声下精确地计算油罐中油的液位。
在一些实施例中,隔离层4包含从由橡胶、沥青、玻璃和复合材料组成的组中选择的材料。这些材料可以可靠地阻挡超声导波信号传播至第二压电感测模块22。在其他实施例中,隔离层4可以包含能够阻挡超声导波信号传播的其他材料。本公开的范围并非旨在限于此方面。
在一些实施例中,隔离层4可以是致密层。在其他实施例中,隔离层4可以是多孔层。本公开的范围不限于隔离层4的特定形式,只要隔离层4可以阻挡超声导波信号的传播即可。
图4示出了图2所示的感测组件2的分解图。如图4所示,第一压电感测模块21包括匹配层7、两个压电环段、紧固层6、接地电极3和信号电极8。
匹配层7布置在磁致伸缩导线1上,并且适于传递机械波振动。在一些实施例中,匹配层7上设置有内孔,磁致伸缩导线1延伸穿过该内孔。内孔的直径可以基本上与隔离层4上的圆孔的直径相同。磁致伸缩导线1可以通过胶(诸如环氧树脂胶)耦接至匹配层7的内孔。在其他实施例中,匹配层7可以以其他方式耦接至磁致伸缩导线1。本公开的范围并非旨在限于此方面。
两个压电环段(即第一半压电环12和第二半压电环13)围绕匹配层7布置。第一半压电环12和第二半压电环13可以通过胶(诸如环氧树脂胶)或其它方式耦接至匹配层7。第一半压电环12和第二半压电环13的两端之间形成有第一间隙23和第二间隙24。第一半压电环12具有平行于磁致伸缩导线1的第一极化方向。第二半压电环13具有与第一极化方向相反的第二极化方向。
紧固层6围绕第一半压电环12和第二半压电环13布置。紧固层6可以通过胶(诸如环氧树脂胶)或其它方式耦接至第一半压电环12和第二半压电环13。紧固层6可以起到固定和保护第一半压电环12和第二半压电环13的作用。
接地电极3延伸至第一间隙23中,并且通过导电胶电连接至第一半压电环12和第二半压电环13。信号电极8延伸至第二间隙24中,并且通过导电胶电连接至第一半压电环12和第二半压电环13。
在一些实施例中,如图4所示,接地电极3和信号电极8形成为片状。在其他实施例中,接地电极3和信号电极8可以形成为其他形状,诸如条状。本公开的范围并非旨在限于此方面。
如图4所示,第二压电感测模块22与第一压电感测模块21的结构类似。具体地,第二压电感测模块22也包括匹配层7、第一半压电环12、第二半压电环13、紧固层6、接地电极3和信号电极8。第二压电感测模块22的匹配层7、第一半压电环12、第二半压电环13、紧固层6、接地电极3和信号电极8的布置方式与第一压电感测模块21基本相同,在此不再赘述。第一压电感测模块21的信号电极8与第二压电感测模块22的信号电极8电隔离,以提供不同的信号。第二压电感测模块22的第一半压电环12具有与第一压电感测模块21的第一半压电环12相同的极化方向。第二压电感测模块22的第二半压电环13具有与第一压电感测模块21的第二半压电环13相同的极化方向。
在一些实施例中,如图4所示,第一压电感测模块21的接地电极3与第二压电感测模块22的接地电极3一体地形成。在这种情况下,隔离层4可以设置有供接地电极3穿过的凹槽25。在其他实施例中,第一压电感测模块21的接地电极3可以与第二压电感测模块22的接地电极3分离。本公开的范围并非旨在限于此方面。
根据本公开的实施例,当压电式液位传感器100用于测量油罐中的油的液位时,磁致伸缩导线1上生成的超声导波信号可以经由匹配层7传递至第一压电感测模块21,从而对第一压电感测模块21施加压力。此外,振动噪声会在第一压电感测模块21上施加另一压力。然后,在第一压电感测模块21的信号电极8上生成电信号,以指示第一压电感测模块21接收到的信号。同时,超声导波信号被隔离层4阻挡,不会传递至第二压电感测模块22。因此,只有振动噪声会对第二压电感测模块22施加压力,第二压电感测模块22的信号电极8上可以生成相应的电信号,以指示第二压电感测模块22接收到的信号。通过从第一压电感测模块21的信号电极8上生成的电信号中减去第二压电感测模块22的信号电极8上生成的电信号,可以提取出超声导波信号。基于超声导波信号,可以在强振动噪声下精确地计算油罐中油的液位。
应当理解,除了测量油罐中油的液位之外,压电式液位传感器100还可以用于测量各种容器中的各种液体的液位,诸如其他化学产品。
图5示出了第一压电感测模块21和第二压电感测模块22的示意性布置。如图5所示,第一半压电环12和第二半压电环13中的每一个分别占据175°至180°范围内的角度,诸如178°。利用这种布置,第一间隙23和第二间隙24形成于第一半压电环12和第二半压电环13之间。第一间隙23和第二间隙24中的每一个可以分别占据0°至5°范围内的角度,诸如2°。应当理解,第一压电感测模块21与第二压电感测模块22所占据的角度范围仅仅是一种示例实施方式,并非旨在暗示对本公开范围的任何限制。
如图5所示,第一半压电环12的第一极化方向用十字符号表示,指示第一极化方向垂直于纸面并向内。第二半压电环13的第二极化方向用黑色实心圆表示,指示第二极化方向垂直于纸面并向外。
在一些实施例中,如图4所示,在平行于磁致伸缩导线1的方向上,紧固层6的厚度基本上等于匹配层7的厚度。在一些实施例中,在平行于磁致伸缩导线1的方向上,紧固层6可以与匹配层7对准。在其他实施例中,紧固层6的厚度可以不同于匹配层7的厚度。本公开的范围并非旨在限于此方面。
在一些实施例中,在平行于磁致伸缩导线1的方向上,第一压电感测模块21和第二压电感测模块22的厚度小于紧固层6和匹配层7的厚度。利用这种布置,一方面,磁致伸缩导线1上生成的超声导波信号可以经由匹配层7可靠地传递至第一压电感测模块21,另一方面,第一压电感测模块21和第二压电感测模块22可以由紧固层6固定和保护。
在一些实施例中,匹配层7和紧固层6经由粘合剂耦接至隔离层4,并且第一压电感测模块21和第二压电感测模块22中的每一个分别与隔离层4隔开。利用这种布置,可以提高第一压电感测模块21和第二压电感测模块22的稳定性。
在一些实施例中,第一压电感测模块21和第二压电感测模块22中的每一个分别包含从由钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸铅或改性钛酸铅组成的组中选择的材料。在其他实施例中,第一压电感测模块21和第二压电感测模块22可以由其他压电材料制成。本公开的范围并非旨在限于此方面。
在一些实施例中,匹配层7和紧固层6中的每一个分别包含树脂或塑料。在其他实施例中,匹配层7和紧固层6中的每一个可以由其他材料制成。本公开的范围并非旨在限于此方面。
在一些实施例中,接地电极3和信号电极8中的每一个分别包含铜。在其他实施例中,接地电极3和信号电极8中的每一个可以由其他导电材料制成。本公开的范围并非旨在限于此方面。
虽然如上所述的第一压电感测模块21和第二压电感测模块22中的每一个仅包括两个压电环段,但应当理解的是,在其他实施例中,第一压电感测模块21和第二压电感测模块22中的每一个可以包括多于两个压电环段。在第一压电感测模块21和第二压电感测模块22中的每一个中,压电环段围绕匹配层7布置,并且在压电环段之间形成第一间隙23和第二间隙24。
图6示出在压电式液位传感器100中不存在振动噪声的情况下,由第一压电感测模块21和第二压电感测模块22接收的信号图。在图6中,S1代表第一压电感测模块21接收到的信号,S2指示第二压电感测模块22接收到的信号,均是在压电式液位传感器100中不存在振动噪声的情况下。在这种情况下,S1的振幅基本等于磁致伸缩导线1上生成的超声导波信号的振幅,而S2的振幅基本等于零。
图7示出在压电式液位传感器100中不存在振动噪声的情况下,由第一压电感测模块21和第二压电感测模块22接收的信号之间的差分信号图。如图7所示,通过从S1中减去S2,获得差分信号,并且该差分信号对应于超声导波信号。基于差分信号的振幅,压电式液位传感器100可以确定油罐中油的液位。
图8示出在压电式液位传感器100中存在振动噪声的情况下,由第一压电感测模块21和第二压电感测模块22接收的信号图。如图8所示,S1指示磁致伸缩导线1上生成的超声导波信号已经淹没在振动噪声中,S2指示振动噪声的振幅相对较高。
图9示出在压电式液位传感器100中存在振动噪声的情况下,由第一压电感测模块21和第二压电感测模块22接收的信号之间的差分信号图。如图9所示,通过从S1中减去S2,获得差分信号,并且该差分信号大致对应于超声导波信号。基于差分信号的振幅,压电式液位传感器100可以确定油罐中油的液位。
应当理解,本公开的以上详细实施例仅用于例示或解释本公开的原理,并非旨在限制本公开。因此,在不脱离本公开的精神和范围的情况下,任何修改、等效替代和改进等均应被包含在本公开的保护范围内。同时,本公开所附权利要求旨在覆盖落入权利要求的范围和边界或范围和边界的等同物内的所有变型和修改。

Claims (15)

1.一种用于在压电式液位传感器(100)中使用的感测组件(2),包括:
第一压电感测模块(21),所述第一压电感测模块被布置在磁致伸缩导线(1)上,并且适于接收沿着所述磁致伸缩导线(1)传播的超声导波信号;
第二压电感测模块(22),所述第二压电感测模块被布置在所述磁致伸缩导线(1)上并与所述第一压电感测模块(21)分隔开;以及
隔离层(4),所述隔离层在所述第一压电感测模块(21)和所述第二压电感测模块(22)之间被布置在所述磁致伸缩导线(1)上,并且适于阻挡所述超声导波信号传播至所述第二压电感测模块(22)。
2.根据权利要求1所述的感测组件(2),其中所述隔离层(4)包括从由橡胶、沥青、玻璃和复合材料组成的组中选择的材料。
3.根据权利要求1所述的感测组件(2),其中所述第一压电感测模块(21)和所述第二压电感测模块(22)中的每个压电感测模块包括:
匹配层(7),所述匹配层被布置在所述磁致伸缩导线(1)上,并且适于传递机械波振动;
多个压电环段,围绕所述匹配层(7)布置,并且在所述多个压电环段之间形成第一间隙(23)和第二间隙(24);
围绕所述多个压电环段布置的紧固层(6);
接地电极(3),所述接地电极延伸至所述第一间隙(23)中,并且被电连接至对应的压电环段;以及
信号电极(8),所述信号电极延伸至所述第二间隙(24)中,并且被电连接至对应的压电环段。
4.根据权利要求3所述的感测组件(2),其中所述多个压电环段包括:
第一半压电环(12),所述第一半压电环具有平行于所述磁致伸缩导线(1)的第一极化方向;以及
第二半压电环(13),所述第二半压电环具有与所述第一极化方向相反的第二极化方向,
其中所述第一间隙(23)和所述第二间隙(24)被形成于所述第一半压电环(12)的两端和所述第二半压电环(13)的两端之间。
5.根据权利要求4所述的感测组件(2),其中所述第一半压电环(12)和所述第二半压电环(13)中的每个半压电环占据175°至180°范围内的角度。
6.根据权利要求3所述的感测组件(2),其中在平行于所述磁致伸缩导线(1)的方向上,所述紧固层(6)的厚度基本上等于所述匹配层(7)的厚度。
7.根据权利要求6所述的感测组件(2),其中在平行于所述磁致伸缩导线(1)的方向上,所述多个压电环段的厚度小于所述紧固层(6)和所述匹配层(7)的厚度。
8.根据权利要求3所述的感测组件(2),其中所述匹配层(7)和所述紧固层(6)经由粘合剂被耦接至所述隔离层(4),并且所述多个压电环段中的每个压电环段与所述隔离层(4)分隔开。
9.根据权利要求3所述的感测组件(2),其中所述第一压电感测模块(21)的接地电极(3)与所述第二压电感测模块(22)的接地电极(3)被一体地形成。
10.根据权利要求9所述的感测组件(2),其中所述隔离层(4)被提供有用于所述接地电极(3)穿过的凹槽(25)。
11.根据权利要求3所述的感测组件(2),其中所述多个压电环段中的每个压电环段分别包括从由钛酸钡、锆钛酸铅、偏铌酸铅或改性钛酸铅组成的组中选择的材料。
12.根据权利要求3所述的感测组件(2),其中所述匹配层(7)和所述紧固层(6)中的每个包括树脂或塑料。
13.根据权利要求3所述的感测组件(2),其中所述接地电极(3)和所述信号电极(8)中的每个电极包括铜。
14.根据权利要求1所述的感测组件(2),还包括外保护层(5),所述外保护层(5)包围所述第一压电感测模块(21)、所述第二压电感测模块(22)和所述隔离层(4)。
15.一种压电式液位传感器(100),包括:
磁致伸缩导线(1);
根据权利要求1至14中任一项所述的感测组件(2),所述感测组件(2)被布置在所述磁致伸缩导线(1)上;
探杆(16),所述磁致伸缩导线(1)被布置在所述探杆(16)中;以及
浮动元件(17),所述浮动元件围绕所述探杆(16)并且能够沿着所述探杆(16)滑动。
CN202180095338.8A 2021-06-04 2021-06-04 用于在压电式液位传感器中使用的感测组件 Pending CN117063047A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2021/098432 WO2022252227A1 (en) 2021-06-04 2021-06-04 Sensing assembly for use in piezoelectric liquid level sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117063047A true CN117063047A (zh) 2023-11-14

Family

ID=84323743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180095338.8A Pending CN117063047A (zh) 2021-06-04 2021-06-04 用于在压电式液位传感器中使用的感测组件

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240151692A1 (zh)
EP (1) EP4348192A1 (zh)
CN (1) CN117063047A (zh)
CA (1) CA3209993A1 (zh)
WO (1) WO2022252227A1 (zh)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4733379A (en) * 1984-10-15 1988-03-22 Edo Corporation/Western Division Line array transducer assembly
CN2490560Y (zh) * 2001-07-13 2002-05-08 邯郸市珠峰仪器仪表设备有限责任公司 外贴式超声波液位开关探头
CN201535664U (zh) * 2009-05-18 2010-07-28 杭州明豪科技有限公司 高精度大量程磁致伸缩位移传感器
CN201653501U (zh) * 2010-04-19 2010-11-24 凯泰克(天津)物位有限公司 一种磁致伸缩液位计
CN103076402A (zh) * 2012-12-29 2013-05-01 大连理工大学 一种用于在管道中激励和接收多模式超声导波的换能器
US8959998B2 (en) * 2013-05-15 2015-02-24 Air Products And Chemicals, Inc. Ultrasonic liquid level sensing systems
CN108680092A (zh) * 2018-04-27 2018-10-19 中国计量大学 一种铁氧体磁致伸缩位移传感器
CN109270540B (zh) * 2018-11-05 2023-11-28 浙江大学 基于微机电压电超声波换能器阵列的连续超声波测距装置及方法
CN210051287U (zh) * 2019-04-16 2020-02-11 西人马(厦门)科技有限公司 压电式传感器
CN210990005U (zh) * 2019-08-20 2020-07-14 珠海市一微半导体有限公司 用于地毯检测的移动机器人

Also Published As

Publication number Publication date
EP4348192A1 (en) 2024-04-10
US20240151692A1 (en) 2024-05-09
CA3209993A1 (en) 2022-12-08
WO2022252227A1 (en) 2022-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7954387B1 (en) Ultrasonic transducer device
CN106989703B (zh) 一种全范围润滑膜厚度超声检测装置及方法
CN1829395B (zh) 具有超声波发射装置和接收装置的超声传感器
US7322245B2 (en) Apparatus and method for measuring a fluid flowing in a pipe using acoustic pressures
CN101680791A (zh) 具有塑性匹配层的换能器的系统和方法
CN104236607A (zh) 用于确定介质特性的装置
MX2012010549A (es) Frecuencia de resonancia basada en sensor de presion.
US10983023B2 (en) Pressure sensor assembly and measurement transducer for process instrumentation with the pressure sensor assembly
CN100374837C (zh) 电涡流传感器在测量液体压力上的应用
US8511168B2 (en) Sensor element for capacitively measuring differential pressure
CN116718102A (zh) 一种金属管道应变检测的远场无源无线应变传感器及系统
US11262225B2 (en) Flow sensor, method and flowmeter for determining speeds of phases of a multi-phase medium
EP0716732A1 (en) Self test apparatus for ultrasonic sensor
WO2022252227A1 (en) Sensing assembly for use in piezoelectric liquid level sensor
WO2016158334A1 (ja) 液面位置検出装置
RU2486646C1 (ru) Датчик на поверхностных акустических волнах для беспроводного пассивного измерения перемещений
Marick et al. A float type liquid level measuring system using a modified inductive transducer
Kisic et al. Flexible inkjet printed sensor for liquid level monitoring
CN213209155U (zh) 用于液体流量计的传感器
CN115727923A (zh) 应变式液位传感器
Li et al. Doppler effect-based fiber-optic sensor and its application in ultrasonic detection
CN2901258Y (zh) 浮标式车辆油量测量装置
US11467057B2 (en) Magneto-optical system for guided wave inspection and monitoring
US20200191628A1 (en) Measuring device for determining a fluid variable
CN116576807B (zh) 一种无线能量和信号传输的电磁超声体波测厚装置

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