CN214224232U - 一种超声波反射聚束结构及超声波流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波反射聚束结构及超声波流量测量装置。一种用于气体流量测量的超声波反射聚束结构，其特征是：所述超声波反射聚束结构的反射面为抛物柱面反射面或为圆弧柱面反射面。本实用新型通过采用抛物柱面反射面或圆弧柱面反射面，可对在气流通道横截面内的超声波束进行能量聚集，而在气体通道的流向剖面内并不聚束，即将其回旋立体方向图转变成扇形波束立体方向图，在提高接收信号信噪比的同时，保证了大流及恶劣环境下的全程流量测量精度和稳定性。

Description

一种超声波反射聚束结构及超声波流量测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于气体流量测量的超声波反射聚束结构，属于超声波流量测量技术领域。本实用新型还涉及一种采用上述的超声波反射聚束结构的超声波流量测量装置。

背景技术

目前，超声波气体流量测量反射装置的主要结构形式有平面反射面、凹弧反射面和内凹椭圆反射面三种。平面反射面是最常用的结构形式，其优点是结构简单，其缺点是不具备聚束功能。凹弧反射面和内凹椭圆反射面在气流纵向和横向均具有聚束功能，由于横向也具有聚束功能，在大流量状态下，由于波束主向沿气流方向偏移，易引起反射波束的主向偏离接收换能器，导致接收信号的减小，使其信噪比降低，影响其测量精度及稳定性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提供了一种结构简单、能够提高测量精度及稳定性的用于气体流量测量的超声波反射聚束结构。

本实用新型是通过如下技术方案来实现的：一种用于气体流量测量的超声波反射聚束结构，其特征是：所述超声波反射聚束结构的反射面为抛物柱面反射面或为圆弧柱面反射面。

本实用新型中，抛物柱面反射面或圆弧柱面反射面的超声波反射聚束结构，具有扇形波束聚束功能，可有效地将气流通道横截面内的超声波能量进行聚集，以减小该平面内的波束宽度，使其反射能量尽可能的聚集到接收换能器上，增强接收信号幅度，而在气流通道的流向剖面内并不对波束进行聚集，即仍然具有相对较宽的波束，从而避免大流量状态下，由于其波束主向沿气流方向偏移，引起反射波束的主向偏离接收换能器，导致接收信号的减小，使其信噪比降低，影响其测量精度及稳定性。

本实用新型还提供了一种采用上述的超声波反射聚束结构的用于气体流量测量的超声波流量测量装置，其采用的技术方案是：一种用于气体流量测量的超声波流量测量装置，包括壳体、设置在壳体上的上游换能器和下游换能器，设置在壳体内的超声波反射装置，其特征是：所述超声波反射装置为超声波反射聚束结构，所述超声波反射聚束结构的反射面为抛物柱面反射面或为圆弧柱面反射面。

进一步的，为对气流进行导向，以提高测量精度，所述壳体的横截面为矩形，所述壳体的气体入口内设置有气体入口导流片，所述壳体的气体出口内设置有气体出口导流片，所述壳体内在所述气体入口导流片和所述气体出口导流片外侧设置有纵向贯通的矩形导流片，所述气体入口导流片、所述气体出口导流片、所述矩形导流片之间形成有气流通道。

进一步的，所述超声波反射聚束结构设置在与所述上游换能器和下游换能器相对的壳体的内壁上，形成V型声路结构。

进一步的，所述超声波反射聚束结构的反射面为抛物柱面反射面，所述抛物柱面反射面的焦线延长线与上游换能器和下游换能器的相位中心重合，上游换能器和下游换能器相对于所述抛物柱面反射面的纵向位置对称设置。

进一步的，所述超声波反射聚束结构的反射面为圆弧柱面反射面，所述圆弧柱面反射面的轴线延长线与上游换能器和下游换能器的相位中心重合，上游换能器和下游换能器相对于所述圆弧柱面反射面的纵向位置对称设置。

进一步的，在与所述上游换能器和下游换能器同侧的壳体的内壁上及在与所述上游换能器和下游换能器相对的壳体的内壁上分别设置有所述超声波反射聚束结构，形成W型声路结构。

进一步的，设置在与所述上游换能器和下游换能器相对的壳体的内壁上的所述超声波反射聚束结构为一体制出的一个或为独立的两个。

进一步的，所述超声波反射聚束结构的反射面为抛物柱面反射面，第一个抛物柱面反射面的焦线延长线与上游换能器和下游换能器的相位中心重合；第二个抛物柱面反射面的焦线延长线与第一个抛物柱面反射面的口径面中心及第三个抛物柱面反射面的口径面中心重合；第三个抛物柱面反射面的焦线延长线与第二个抛物柱面反射面的口径面中心及上游换能器和下游换能器的相位中心重合；上游换能器与下游换能器对称位于第二个抛物柱面反射面两侧，第一个抛物柱面反射面和第三个抛物柱面反射面对称分布于第二个抛物柱面反射面两侧，且上游换能器和第二个抛物柱面反射面相对于第一个抛物柱面反射面对称，第二个抛物柱面反射面和下游换能器相对于第三个抛物柱面反射面对称。

进一步的，所述超声波反射聚束结构的反射面为圆弧柱面反射面，第一个圆弧柱面反射面的轴线延长线与上游换能器和下游换能器的相位中心重合；第二个圆弧柱面反射面的轴线延长线与第一个圆弧柱面反射面的口径面中心及第三个圆弧柱面反射面的口径面中心重合；第三个圆弧柱面反射面的轴线延长线与第二个圆弧柱面反射面的口径面中心及上游换能器和下游换能器的相位中心重合；上游换能器与下游换能器对称位于第二个圆弧柱面反射面两侧，第一个圆弧柱面反射面和第三个圆弧柱面反射面对称分布于第二个圆弧柱面反射面两侧，且上游换能器和第二个圆弧柱面反射面相对于第一个圆弧柱面反射面对称，第二个圆弧柱面反射面和下游换能器相对于第三个圆弧柱面反射面对称。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中，抛物柱面反射面或圆弧柱面反射面的超声波反射聚束结构，具有扇形波束聚束功能，可有效地将气流通道横截面内的超声波能量进行聚集，以减小该平面内的波束宽度，使其反射能量尽可能的聚集到接收换能器上，增强接收信号幅度，而在气流通道的流向剖面内并不对波束进行聚集，即仍然具有相对较宽的波束，即将其回旋立体方向图转变成扇形波束立体方向图，在提高接收信号信噪比的同时，保证了大流及恶劣环境下的全程流量测量精度和稳定性。

附图说明

图1是本实用新型中的超声波反射聚束结构的截面放大图；

图2是本实用新型中的超声波反射聚束结构的立体示意图；

图3是本实用新型实施例1中的结构示意图；

图4是图3中的G-G剖视示意图；

图5是图3中的F-F剖视示意图；

图6是本实用新型实施例2中的结构示意图；

图7是图6中的A-A剖视示意图；

图8是图6中的B-B剖视示意图；

图中，1、壳体，2、气体入口，3、气体出口，4、气体入口导流片，5、气体出口导流片,6、超声波反射聚束结构，61、反射面，7、上游换能器，8、下游换能器，9、超声波V型声路，10、矩形导流片，11、第一超声波反射聚束结构，12、第二超声波反射聚束结构，13、第三超声波反射聚束结构，14、超声波W型声路。

具体实施方式

下面通过非限定性的实施例并结合附图对本实用新型作进一步的说明：

如附图1-图2所示，一种用于气体流量测量的超声波反射聚束结构，其特征是：所述超声波反射聚束结构的反射面61为抛物柱面反射面或为圆弧柱面反射面。

上述的两种柱面反射面均具有扇形波束聚束功能，即有效地将气流通道横截面内的超声波能量进行聚集，以减小该平面内的波束宽度，使其反射能量尽可能的聚集到接收换能器上，增强接收信号幅度，而在气流通道的流向剖面内并不对波束进行聚集，即仍然具有相对较宽的波束，从而避免大流量状态下，由于其波束主向沿气流方向偏移，引起反射波束的主向偏离接收换能器，导致接收信号的减小，使其信噪比降低，影响其测量精度及稳定性。其中，抛物柱面反射面是最理想的扇形波束反射面；圆弧柱面反射面的曲面结构相对简单，加工方便，同时具有较好的聚束效果。

根据几何光学原理和Snell反射定理，抛物柱面反射面的焦距和圆弧柱面的半径，由声路的长度决定。抛物柱面反射面的弧长及圆弧柱面的弧长，取决于配制反射面的结构尺寸，并一定程度上决定了其聚束程度。

上述的两种超声波反射聚束结构可应用于超声波流量测量装置中需要反射面的任何声路结构中。

下面以具体实施例进行说明：

实施例1

如图1-5所示，是上述的超声波反射聚束结构应用于V型声路结构的超声波流量测量装置中。

用于气体流量测量的超声波流量测量装置，包括壳体1、设置在壳体1上的上游换能器7和下游换能器8，设置在壳体1内的超声波反射装置。所述壳体1 的横截面为矩形，所述壳体1的气体入口2内设置有气体入口导流片4，所述壳体1的气体出口3内设置有气体出口导流片5，所述壳体1内在所述气体入口导流片4和所述气体出口导流片5外侧设置有纵向贯通的矩形导流片10，所述气体入口导流片4、所述气体出口导流片5、所述矩形导流片10之间形成有气流通道。所述超声波反射装置为在与所述上游换能器7和下游换能器8相对的壳体1的内壁上设置的超声波反射聚束结构6，上游换能器7、超声波反射聚束结构6、下游换能器8之间形成超声波V型声路9。所述超声波反射聚束结构6的反射面61为抛物柱面反射面或为圆弧柱面反射面。

对于上述的V型声路结构而言：当超声波反射聚束结构6的反射面61为抛物柱面反射面时，所述抛物柱面反射面的焦线延长线与上游换能器7和下游换能器8的相位中心重合，上游换能器7和下游换能器8相对于所述抛物柱面反射面的纵向位置对称设置。当超声波反射聚束结构6的反射面61为圆弧柱面反射面时，所述圆弧柱面反射面的轴线延长线与上游换能器7和下游换能器8的相位中心重合，上游换能器7和下游换能器8相对于所述圆弧柱面反射面的纵向位置对称设置。

抛物柱面反射面或圆弧柱面反射面的最短长度由换能器的波瓣宽度决定，在结构允许的情况下，其最长长度不限。

通过采用抛物柱面反射面或圆弧柱面反射面可对在气流通道横截面内的超声波束进行能量聚集，而在气体通道的流向剖面内并不聚束，即将其回旋立体方向图转变成扇形波束立体方向图，在提高接收信号信噪比的同时，保证了大流及恶劣环境下的全程流量测量精度和稳定性。

本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。

实施例2

如图1、图2、图6-图8所示，是上述的超声波反射聚束结构应用于W型声路结构的超声波流量测量装置中。

用于气体流量测量的超声波流量测量装置，包括壳体1、设置在壳体1上的上游换能器7和下游换能器8，设置在壳体1内的超声波反射装置。所述壳体1 的横截面为矩形，所述壳体1的气体入口2内设置有气体入口导流片4，所述壳体1的气体出口3内设置有气体出口导流片5，所述壳体1内在所述气体入口导流片4和所述气体出口导流片5外侧设置有纵向贯通的矩形导流片10，所述气体入口导流片4、所述气体出口导流片5、所述矩形导流片10之间形成有气流通道。所述超声波反射装置为设置在与所述上游换能器7和下游换能器8同侧的壳体1的内壁上的第二超声波反射聚束结构12及设置在与所述上游换能器7 和下游换能器8相对的壳体1的内壁上的第一超声波反射聚束结构11和第三超声波反射聚束结构13，上游换能器7、第一超声波反射聚束结构11、第二超声波反射聚束结构12、第三超声波反射聚束结构13、下游换能器8形成超声波W 型声路14。第一超声波反射聚束结构11、第二超声波反射聚束结构12、第三超声波反射聚束结构13的反射面均为抛物柱面反射面或为圆弧柱面反射面。

对于上述的W型声路结构而言：当第一超声波反射聚束结构11、第二超声波反射聚束结构12、第三超声波反射聚束结构13的反射面为抛物柱面反射面时，第一个抛物柱面反射面的焦线延长线与上游换能器7和下游换能器8的相位中心重合；第二个抛物柱面反射面的焦线延长线与第一个抛物柱面反射面的口径面中心及第三个抛物柱面反射面的口径面中心重合；第三个抛物柱面反射面的焦线延长线与第二个抛物柱面反射面的口径面中心及上游换能器7和下游换能器8的相位中心重合；上游换能器7与下游换能器8对称位于第二个抛物柱面反射面两侧，第一个抛物柱面反射面和第三个抛物柱面反射面对称分布于第二个抛物柱面反射面两侧，且上游换能器7和第二个抛物柱面反射面相对于第一个抛物柱面反射面对称，第二个抛物柱面反射面和下游换能器8相对于第三个抛物柱面反射面对称。上述的第一个抛物柱面反射面、第二个抛物柱面反射面、第三个抛物柱面反射面是指沿声路方向而言。

当第一超声波反射聚束结构11、第二超声波反射聚束结构12、第三超声波反射聚束结构13的反射面为圆弧柱面反射面时，第一个圆弧柱面反射面的轴线延长线与上游换能器7和下游换能器8的相位中心重合；第二个圆弧柱面反射面的轴线延长线与第一个圆弧柱面反射面的口径面中心及第三个圆弧柱面反射面的口径面中心重合；第三个圆弧柱面反射面的轴线延长线与第二个圆弧柱面反射面的口径面中心及上游换能器7和下游换能器8的相位中心重合；上游换能器7与下游换能器8对称位于第二个圆弧柱面反射面两侧，第一个圆弧柱面反射面和第三个圆弧柱面反射面对称分布于第二个圆弧柱面反射面两侧，且上游换能器7和第二个圆弧柱面反射面相对于第一个圆弧柱面反射面对称，第二个圆弧柱面反射面和下游换能器8相对于第三个圆弧柱面反射面对称。上述的第一个圆弧柱面反射面、第二个圆弧柱面反射面、第三个圆弧柱面反射面是指沿声路方向而言。

该实施例中，第一超声波反射聚束结构11、第三超声波反射聚束结构13可以是独立设置的两个，也可以采用一个长度加长的超声波反射聚束结构代替。

通过采用抛物柱面反射面或圆弧柱面反射面可对在气流通道横截面内的超声波束进行能量聚集，而在气体通道的流向剖面内并不聚束，即将其回旋立体方向图转变成扇形波束立体方向图，在提高接收信号信噪比的同时，保证了大流及恶劣环境下的全程流量测量精度和稳定性。

本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种用于气体流量测量的超声波反射聚束结构，其特征是：所述超声波反射聚束结构的反射面为抛物柱面反射面或为圆弧柱面反射面。

2.一种用于气体流量测量的超声波流量测量装置，包括壳体(1)、设置在壳体(1)上的上游换能器(7)和下游换能器(8)，设置在壳体(1)内的超声波反射装置，其特征是：所述超声波反射装置为超声波反射聚束结构，所述超声波反射聚束结构的反射面为抛物柱面反射面或为圆弧柱面反射面。

3.根据权利要求2所述的用于气体流量测量的超声波流量测量装置，其特征是：所述壳体(1)的横截面为矩形，所述壳体(1)的气体入口(2)内设置有气体入口导流片(4)，所述壳体(1)的气体出口(3)内设置有气体出口导流片(5)，所述壳体(1)内在所述气体入口导流片(4)和所述气体出口导流片(5)外侧设置有纵向贯通的矩形导流片(10)，所述气体入口导流片(4)、所述气体出口导流片(5)、所述矩形导流片(10)之间形成有气流通道。

4.根据权利要求2或3所述的用于气体流量测量的超声波流量测量装置，其特征是：所述超声波反射聚束结构设置在与所述上游换能器(7)和下游换能器(8)相对的壳体(1)的内壁上，形成V型声路结构。

5.根据权利要求4所述的用于气体流量测量的超声波流量测量装置，其特征是：所述超声波反射聚束结构的反射面为抛物柱面反射面，所述抛物柱面反射面的焦线延长线与上游换能器和下游换能器的相位中心重合，上游换能器(7)和下游换能器(8)相对于所述抛物柱面反射面的纵向位置对称设置。

6.根据权利要求4所述的用于气体流量测量的超声波流量测量装置，其特征是：所述超声波反射聚束结构的反射面为圆弧柱面反射面，所述圆弧柱面反射面的轴线延长线与上游换能器(7)和下游换能器(8)的相位中心重合，上游换能器(7)和下游换能器(8)相对于所述圆弧柱面反射面的纵向位置对称设置。

7.根据权利要求2或3所述的用于气体流量测量的超声波流量测量装置，其特征是：在与所述上游换能器(7)和下游换能器(8)同侧的壳体(1)的内壁上及在与所述上游换能器(7)和下游换能器(8)相对的壳体(1)的内壁上分别设置有所述超声波反射聚束结构，形成W型声路结构。

8.根据权利要求7所述的用于气体流量测量的超声波流量测量装置，其特征是：设置在与所述上游换能器(7)和下游换能器(8)相对的壳体(1)的内壁上的所述超声波反射聚束结构为一体制出的一个或为独立的两个。

9.根据权利要求7所述的用于气体流量测量的超声波流量测量装置，其特征是：所述超声波反射聚束结构的反射面为抛物柱面反射面，第一个抛物柱面反射面的焦线延长线与上游换能器(7)和下游换能器(8)的相位中心重合；第二个抛物柱面反射面的焦线延长线与第一个抛物柱面反射面的口径面中心及第三个抛物柱面反射面的口径面中心重合；第三个抛物柱面反射面的焦线延长线与第二个抛物柱面反射面的口径面中心及上游换能器(7)和下游换能器(8)的相位中心重合；上游换能器(7)与下游换能器(8)对称位于第二个抛物柱面反射面两侧，第一个抛物柱面反射面和第三个抛物柱面反射面对称分布于第二个抛物柱面反射面两侧，且上游换能器(7)和第二个抛物柱面反射面相对于第一个抛物柱面反射面对称，第二个抛物柱面反射面和下游换能器(8)相对于第三个抛物柱面反射面对称。

10.根据权利要求7所述的用于气体流量测量的超声波流量测量装置，其特征是：所述超声波反射聚束结构的反射面为圆弧柱面反射面，第一个圆弧柱面反射面的轴线延长线与上游换能器(7)和下游换能器(8)的相位中心重合；第二个圆弧柱面反射面的轴线延长线与第一个圆弧柱面反射面的口径面中心及第三个圆弧柱面反射面的口径面中心重合；第三个圆弧柱面反射面的轴线延长线与第二个圆弧柱面反射面的口径面中心及上游换能器(7)和下游换能器(8)的相位中心重合；上游换能器(7)与下游换能器(8)对称位于第二个圆弧柱面反射面两侧，第一个圆弧柱面反射面和第三个圆弧柱面反射面对称分布于第二个圆弧柱面反射面两侧，且上游换能器(7)和第二个圆弧柱面反射面相对于第一个圆弧柱面反射面对称，第二个圆弧柱面反射面和下游换能器(8)相对于第三个圆弧柱面反射面对称。

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