CN2708270Y - 一种小盲区超声波探头 - Google Patents
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Abstract
一种物位计用超声波探头，由夹心式换能器及外壳构成，夹心式换能器前电极与过渡层构成一体，超声波探头的安装固定位置在探头侧面中部或后部，其特征是：在过渡层上安装有阻尼材料。阻尼材料可以安装在过渡层的前表面、后表面，或者安装在过渡层的侧面位置，也可以安装在过渡层的内部。阻尼材料通常做成圆环形，以便于进行安装，阻尼材料通常为软性橡胶。采用上述结构的超声波探头具有较小的盲区，更具实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种物位计用超声波探头，属于物位测量技术领域。
技术背景
物位计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。
现有的用于物位测量的超声波物位计所使用的超声波探头的常见基本结构如图1所示。超声波探头由外壳和封装在外壳内的夹心式换能器构成，夹心式换能器有前后两个电极，中间为压电晶体，换能器通过其电极或压电晶体与探头外壳固定在一起，超声波探头的安装固定位置选择在探头外壳的侧面中部或后部，安装结构通常为壳体侧面的外螺纹或法兰盘。有的换能器的侧面或后部粘附有阻尼材料，在壳体内余下的空间放置有吸声材料。在换能器前电极前面与换能器前电极固定在一起的探头前端部分又称为过渡层，过渡层能够使换能器产生的一定频率的超声波有效地向外传播出去，同时将相同频率的由探头外部传播过来的超声波有效地过渡到换能器上。
超声波物位计在主动发射超声波时不能同时分辨反射回波，同时探头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，因此在从探头表面向下开始的一段距离之内无法检测物位，这段距离为盲区。通常认为超声波探头的余振是超声波换能器自身的余振，这部分余振是通过在换能器侧面或后面附着阻尼材料来进行降低，这是现有的超声波探头降低盲区的主要处理方法。
由于盲区的存在，同时上述探头因为是通过侧面中后部的螺纹或法兰盘进行安装的，当用于测量容器内的液体液位或固体料位时，探头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。如西门子公司的PROBE-5米型超声波物位计其盲区为25厘米，其他公司的同类产品的盲区多数在30厘米左右。
本实用新型提出了对上述超声波探头结构的改进方案，能够有效降低超声波探头的盲区，更加符合实际的需要。
实用新型内容
通常认为上述结构的超声波探头的余振主要是超声波换能器自身的余振，这部分余振主要通过在换能器侧面或后面附着阻尼材料来处理；而实际上还有另一个重要的余振来源，即换能器前端的过渡层，当其向外主动辐射完超声波后，其余振也是存在的，对探头盲区的大小也是有一定影响的，但对过渡层这部分余振没有得到认识，没有进行有效处理。本实用新型则是对过渡层余振进行了有效处理，从而使探头盲区有了进一步的降低。
在本实用新型中，我们在上述结构的超声波探头的夹心式换能器前端过渡层上安装有阻尼材料，阻尼材料可以安装在过渡层的前表面、后表面，或者安装在过渡层的侧面位置，也可以安装在过渡层的内部。阻尼材料通常做成圆环形，以便于进行安装，通常可以选择橡胶作为阻尼材料，如丁腈橡胶。当阻尼材料需要安装在过渡层的前表面时，安装位置最好为前表面的边缘处，阻尼材料可为较细的橡胶圆环，这样能够避免对有用声波的阻挡。当阻尼材料需要安装在过渡层的内部时，安装位置最好选择为靠近外侧。
本实用新型的特点是在超声波探头的过渡层上安装有阻尼材料，超声波探头的其他结构可以不作任何改变，但可以取得良好的减振效果。
单纯地增加换能器的阻尼，会降低向外辐射的能量，使物位计的有效量程降低，而采用本实用新型，向外辐射的有效能量不会降低，但减振效果明显，超声波探头的盲区得到进一步降低，如一个盲区为30厘米的超声波探头，采用上述新结构处理，其盲区可降为20厘米或更低。
附图说明
图1为现有超声波探头基本结构示意图。
图2为本实用新型具体实施例一基本结构示意图。
图3为本实用新型具体实施例二基本结构示意图。
图4为本实用新型具体实施例三基本结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的三个具体实施例。
实施例一
如图2所示，本实施例中，夹心式换能器安装在聚砜塑料壳体(2)内，壳体(2)的外径为56毫米，高度为120毫米，夹心式换能器由前电极(7)、压电晶体(8)和后电极(9)组成，夹心式换能器外径为36毫米，谐振频率为55千赫，前电极(7)的前端为过渡层(5)，过渡层(5)的材质为聚砜塑料，过渡层(5)与壳体(2)通过注塑成型成为一体，后电极(9)上粘附有阻尼材料生橡胶(10)，生橡胶(10)厚度为2毫米，前电极(7)与过渡层(5)粘接之后再通过环氧树脂(6)浇注，阻尼橡胶圈(4)粘接在过渡层(5)的前表面外边缘处，橡胶圈(4)的材质为丁腈橡胶，橡胶圈(4)截面为半圆形，截面半径为1.3毫米，壳体(2)内部余下空间由吸声材料海绵(3)填充，壳体(2)的侧面后端为安装用外螺纹(1)。
实施例二
如图3所示，本实施例中，夹心式换能器安装在聚砜塑料壳体(2)内，壳体(2)的外径为56毫米，高度为120毫米，夹心式换能器由前电极(7)、压电晶体(8)和后电极(9)组成，夹心式换能器外径为36毫米，谐振频率为55千赫，前电极(7)的前端为聚砜塑料层(5)，聚砜塑料层(5)与壳体(2)前端通过粘结成为一体形成过渡层，前电极(7)与聚砜塑料层(5)粘接之后再通过环氧树脂(6)浇注，后电极(9)上粘附有阻尼材料生橡胶(10)，生橡胶(10)厚度为2毫米，阻尼橡胶圈(4)安置在过渡层的内部，橡胶圈(4)的材质为丁腈橡胶，橡胶圈(4)的厚度为1.6毫米，宽度为6毫米，壳体(2)内部余下空间由吸声材料海绵(3)填充，壳体(2)的侧面后端为安装用外螺纹(1)。
实施例三
如图4所示，本实施例中，夹心式换能器安装在聚砜塑料壳体(2)内，壳体(2)的外径为56毫米，高度为120毫米，夹心式换能器由前电极(7)、压电晶体(8)和后电极(9)组成，夹心式换能器外径为36毫米，谐振频率为55千赫，前电极(7)的前端为过渡层(5)，过渡层(5)的材质为聚砜塑料，过渡层(5)与壳体(2)通过注塑成型成为一体，前电极(7)与过渡层(5)粘接之后再通过环氧树脂(6)浇注，后电极(9)上粘附有阻尼材料生橡胶(10)，生橡胶(10)厚度为2毫米，过渡层(5)的外侧为阻尼橡胶圈(4)，橡胶圈(4)的材质为丁腈橡胶，橡胶圈(4)的厚度为1.5毫米，宽度为7毫米，壳体(2)内部余下空间由吸声材料海绵(3)填充，壳体(2)的侧面后端为安装用外螺纹(1)。
Claims (4)
1.一种物位计用超声波探头，由夹心式换能器及壳体构成，夹心式换能器通过其电极或压电晶体与探头外壳固定在一起，夹心式换能器前电极与探头前端过渡层固定在一起，超声波探头的安装固定位置在探头侧面中部或后部，其特征是：在过渡层上安装有阻尼材料。
2.根据权利要求书1所述的超声波探头，其特征是在过渡层的前表面或后表面上安装有阻尼材料。
3.根据权利要求书1所述的超声波探头，其特征是在过渡层的内部安装有阻尼材料。
4.根据权利要求书1所述的超声波探头，其特征是在过渡层的外侧面上安装有阻尼材料。
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| CN102065361A (zh) * | 2009-10-29 | 2011-05-18 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于流体介质中的超声波换能器 |
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