CN204461508U - 超声波传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波传感器，包括壳体以及安装在所述壳体内部的换能元件、信号处理元件和信号控制元件，所述信号控制元件分别与所述换能元件和所述信号处理元件连接，所述换能元件安装在所述壳体的底部端面，实施本实用新型，无需将超声波传感器采集的信号进行长距离传输，节约传输线的同时可减小信号的传播延时所带来的误差，可有效避免外部环境的不稳定因素对信号传播的影响，从而提高了超声波传感器的可靠性与测量精度。

Description

超声波传感器

【技术领域】

本新型涉及电子技术领域，特别是涉及一种超声波传感器。

【背景技术】

超声波流量计简称USF(ultrasonic flowmeter)，是在流体流动时超声波束的传播速度会发生变化，进而根据传播速度变化测量流体体积的装置。超声波流量计通常包括两个超声波传感器，互为超声波信号与电信号的接收发射源，每个超声波传感器包括壳体和压电陶瓷片，压电陶瓷片在驱动信号的激励下使壳体低端端面振动产生超声波。超声波传感器用于流量测量时，通过超声波传感器与流量处理设备间的连接线，将接收信号传送到流量处理设备。

但是，上述超声波传感器的接收信号在传输过程会发生信号衰减，进而降低流量处理设备测得的流量精确度。

【实用新型内容】

基于此，有必要针对上述超声波传感器的接收信号在传输过程会发生信号衰减，进而降低流量处理设备测得的流量精确度的问题，提供一种超声波传感器。

一种超声波传感器，包括壳体以及安装在所述壳体内部的换能元件、信号处理元件和信号控制元件，所述信号控制元件分别与所述换能元件和所述信号处理元件连接，所述换能元件安装在所述壳体的底部端面。

上述超声波传感器，将信号处理元件和信号控制元件安装在超声波传感器的壳体内部，安装于壳体内的所述信号控制元件分别与所述换能元件和所述信号处理元件连接，可通过所述信号控制元件控制所述换能元件发送超声波信号或采集超声波信号，获取与所述换能元件采集的信号对应的信号参数，控制所述信号处理元件对所述信号参数进行处理，直接生成所测量。无需将超声波传感 器采集的信号进行长距离传输，节约传输线的同时可减小信号的传播延时所带来的误差，可有效避免外部环境的不稳定因素对信号传播的影响，从而提高了超声波传感器的可靠性与测量精度。

【附图说明】

图1是本实用新型超声波传感器第一实施方式的结构示意图；

图2是本实用新型超声波传感器第二实施方式的结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本新型作进一步地详细描述。

请参阅图1，图1本实用新型超声波传感器第一实施方式的结构示意图。

本实施方式所述超声波传感器，可包括壳体1010以及安装在壳体1010内部的换能元件1020、信号处理元件和信号控制元件，所述信号控制元件分别与换能元件1020和所述信号处理元件连接，换能元件1020安装在壳体1010的底部端面。 

本实施方式，将信号处理元件和信号控制元件安装在超声波传感器的壳体内部，安装于壳体内的所述信号控制元件分别与所述换能元件和所述信号处理元件连接，可通过所述信号控制元件控制所述换能元件发送超声波信号或采集超声波信号，获取与所述换能元件采集的信号对应的信号参数，控制所述信号处理元件对所述信号参数进行处理，直接生成所测量。无需将超声波传感器采集的信号进行长距离传输，节约传输线的同时可减小信号的传播延时所带来的误差，可有效避免外部环境的不稳定因素对信号传播的影响，从而提高了超声波传感器的可靠性与测量精度。

其中，对于壳体1010，可为金属壳体。在其他实施方式中，壳体1010还可为他材料制成的壳体。

对于所述信号控制元件和所述信号处理元件，可集成到同一PCB板1030上，PCB板1030安装在壳体1010内。

优选地，本实施方式所述超声波传感器还可包括灌封胶防震层1050，灌封胶防震层1050填充于PCB板1030与壳体1010的顶部端面之间。

进一步地，本实施方式所述超声波传感器还可包括连接部件1040，连接部件1040可为连接导线、连接弹簧等连接部件1040连接在PCB板1030与换能元件1020之间。在其他实施方式中，PCB板1030与换能元件1020之间还可为其他连接器件。

对于换能元件1020，可为压电陶瓷片。在其他实施方式中换能元件1020还可为本领域惯用材料制成的其他压电元件，如电致伸缩的压电晶体及磁致伸缩的镍铁铝合金。

当所述超声波传感器作为超声波发送端时，信号控制元件向换能元件1020发送电信号，换能元件1020将所述电信号转换为超声波信号向待测区域发送。

当所述超声波传感器作为超声波接收端时，换能元件1020接收待测区域传输过来的超声波信号，将其转换为接收信号，向信号控制元件发送，信号控制单元获取与接收到所述接收信号对应的信号参数，将所述信号参数向所述信号处理元件发送，以使所述信号处理元件根据预设的测量规则，将所述信号参数转换为相应探测量(如流量、距离等)。

更进一步地，本实施方式所述超声波传感器还可包括信号线1060，超声波传感器所述信号处理元件通过信号线1060将所述超声波传感器的相应探测量向测量显示器传输，以显示相应探测量。

本实施方式所述的超声波传感器无需将传感器感测到的信号(模拟信号)向其他处理设备输送，避免利用导线输送感测到的信号时受干扰而影响测量结果。可以用于测量管道中的液体流量；可用于对集装箱状态进行探测，如将超声波传感器安装在塑料熔体罐或塑料粒料室顶部，向集装箱内部发出声波时，就可以据此分析集装箱的状态，如满、空或半满等；可用于检测透明物体、液体、任何表粗糙、光滑、光的密致材料和不规则物体，还可以可用于探测液位、探测透明物体和材料，控制张力以及测量距离，主要为包装、制瓶、物料搬检验煤的设备运、塑料加工以及汽车行业等；超声波传感器可用于流程监控以提高产品质量、检测缺陷、确定有无以及其它方面。

请参阅图2，图2是本实用新型的超声波传感器第二实施方式的结构示意图。

本实施方式的所述超声波传感器与第一实施方式的区别在于，信号控制元件2000可包括电信号生成单元2010、计时单元2020和控制单元2030，控制单元2030分别与计时单元2020和电信号生成单元2010连接，电信号生成单元2010与所述换能元件连接。

本实施方式，通过时差法进行相应测量。

当所述超声波传感器作为超声波发送端时，控制元件2030控制电信号生成单元2010与所述换能元件间接通，向所述换能元件发送电信号，并向计时单元2020发送触发信号，开始计时，所述换能元件将所述电信号转换为超声波信号向待测区域发送。

当所述超声波传感器作为超声波接收端时，所述换能元件接收待测区域传输过来的超声波信号，将其转换为接收信号，向控制单元2030发送，控制单元2030向计时单元2020发送触发信号，终止计时，从计时单元2020获取与接收到所述接收信号对应的信号参数(信号发送时间和信号接收时间)，将所述信号参数向所述信号处理元件发送，以使所述信号处理元件根据预设的测量规则，将所述信号参数转换为相应探测量(如流量)。

优选地，所述电信号可为激励脉冲信号，所述信号参数可激励脉冲信号中的脉冲数量(对应信号传输时间)。

在一个实施例中，本实用新型的超声波传感器可用于探测液体流量，超声波传感器发送的超声波信号在液体中传播时，液体的流动将使超声波信号传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速，其设静止流体中的超声波信号速度为c，流体流动的速度为u，传播距离为L，当超声波信号与流体流动方向一致时(即顺流方向)，其传播速度为c+u；反之，传播速度为c-u。在相距为L的两处分别放置两个超声波传感器T1和T2。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器T1和T2所需要的时间为t1和t2，则t1＝L/(c+u)；t2＝L/(c-u)。

由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c>>u，因此两者的时间差为▽t＝t2-t1＝2Lu/cc；由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要 测出时间差▽t即可求出流速u，进而可求出流量Q。利用这个原理进行流量测量的方法称为时差法。此外还可用相差法、频差法等。

以上所述实施例仅表达了本新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本新型的保护范围。因此，本新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种超声波传感器，其特征在于，包括壳体以及安装在所述壳体内部的换能元件、信号处理元件和信号控制元件，所述信号控制元件分别与所述换能元件和所述信号处理元件连接，所述换能元件安装在所述壳体的底部端面。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述壳体为金属壳体。

3.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述换能元件为压电陶瓷片。

4.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述信号控制元件包括电信号生成单元、计时单元和控制单元，所述控制单元分别与所述计时单元和所述电信号生成单元连接，所述电信号生成单元与所述换能元件连接。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的超声波传感器，其特征在于，还包括PCB板，所述信号处理元件和所述信号控制元件集成在所述PCB板上。

6.根据权利要求5所述的超声波传感器，其特征在于，还包括连接部件，所述连接部件连接在所述PCB板与所述换能元件之间。

7.根据权利要求5所述的超声波传感器，其特征在于，还包括灌封胶防震层，所述灌封胶防震层填充于所述PCB板与所述壳体的顶部端面之间。