ES2901159T3 - Transductor acústico compacto de ángulo amplio - Google Patents

Abstract

Un transductor (10', 10'', 10''') para emitir y recibir ondas acústicas, comprendiendo el transductor (10', 10'', 10''') una carcasa (11), formando la carcasa (11) una cavidad (12), comprendiendo la carcasa (11) - una superficie de excitación (15) y una superficie emisora (17) que está dispuesta opuesta a la superficie de excitación (15), - un elemento transductor (14), estando dispuesto el elemento transductor en la superficie de excitación (15), - un difusor acústico (16'), estando dispuesto el difusor acústico en la superficie emisora (17) de la carcasa (11), en el que una estructura difusora del difusor acústico (16') se enfrenta a la cavidad (12), comprendiendo el transductor un segundo difusor acústico (36), estando dispuesto el segundo difusor acústico (36) en la superficie de excitación (15), en el que una estructura difusora del segundo difusor acústico (36) está enfrentada a la cavidad (12).

Description

DESCRIPCIÓN

Transductor acústico compacto de ángulo amplio

La memoria descriptiva actual se refiere a un transductor acústico para generar una distribución de presión extendida de ángulo amplio haciendo uso de reflejos internos difusos según la reivindicación 1 y a un método para producir dicho transductor según la reivindicación 18.

El documento US 4.156.863 describe un transductor de gran ancho de banda y ángulo amplio que emite señales acústicas en una región amplia al proporcionar una serie de numerosos elementos transductores que apuntan radialmente hacia afuera a lo largo de una superficie curva. Por el contrario, el transductor de ángulo amplio según la presente memoria descriptiva hace uso de uno o más difusores acústicos que se proporcionan dentro de una cavidad de una carcasa.

El documento US 4.153.894 A da a conocer un difusor de fase aleatoria que comprende una cuña principal con un transductor y una cuña auxiliar con un patrón de fase aleatorio, mirando el patrón de fase aleatorio en dirección opuesta al transductor y hacia un material de carga. Así, el documento describe un transductor para emitir y recibir ondas acústicas, comprendiendo el transductor una carcasa, formando la carcasa una cavidad, comprendiendo la carcasa

• una superficie de excitación y una superficie emisora dispuestas frente a la superficie de excitación,

• un elemento transductor, estando dispuesto el elemento transductor en la superficie de excitación,

• un difusor acústico, estando dispuesto el difusor acústico en la superficie emisora de la carcasa, en el que una estructura difusora del difusor acústico está enfrentado a la cavidad.

No describe el transductor que comprende un segundo difusor acústico, estando dispuesto el segundo difusor acústico en la superficie de excitación, en donde una estructura difusora del segundo difusor acústico está enfrentado a la cavidad.

El documento US 2012/123274 A1 describe un transductor ultrasónico con un transductor piezoeléctrico para emitir y recibir ondas ultrasónicas, que está dispuesto entre una lente acústica y una capa de respaldo. La capa de respaldo comprende una pluralidad de reflectores y está prevista para atenuar las ondas acústicas emitidas hacia una dirección trasera.

El documento WO 2016/016818 A1 describe una disposición de dos transductores acústicos para medir una velocidad de flujo en un conducto, los cuales están conectados a las respectivas unidades de cálculo.

El documento WO 2012/051650 A1 describe un generador de difusión acústica en donde un reflector pasivo con una serie de pozos está dispuesto frente a una serie de altavoces.

El documento CA 2753792 A1 describe un difusor acústico fractal que tiene una secuencia de picos y valles que siguen a un fractal centrado en nulo que se basa en una disposición de una secuencia de residuos cuadrática.

La presente memoria descriptiva describe un transductor para emitir y recibir ondas acústicas. El transductor también se denomina "transductor de ángulo amplio". En particular, las ondas acústicas, que son emitidas y recibidas por el transductor, pueden ser ondas de ultrasonido que se transmiten a través de un fluido a través de un conducto de fluido cerrado o abierto.

El transductor comprende una carcasa que encierra una cavidad. En otras palabras, la carcasa forma o define una cavidad. La cavidad de la carcasa comprende un material de relleno, tal como un líquido o un gel, un material epoxi u otro material plástico. El material de relleno proporciona un acoplamiento desde y hacia las superficies de la carcasa. En particular, el relleno puede llenar un espacio interior de la cavidad de manera esencialmente completa. El espacio interior de la cavidad está definido por la cavidad y por cualquier elemento que sobresalga dentro de la cavidad. En aras de la brevedad, el espacio interior de la cavidad también se denomina cavidad allí donde el significado es evidente a partir del contexto o alternativamente como "cavidad acústica".

Si el material de relleno o el medio de transmisión lo proporciona un líquido o gel, la carcasa se puede hacer hermética al agua o al líquido para garantizar que no quede aire atrapado o que se produzca una fuga de gel. La carcasa del transductor de ángulo amplio comprende una superficie de excitación y una superficie emisora, que está dispuesta enfrente de la superficie de excitación. En particular, la superficie de excitación y la superficie emisora pueden disponerse paralelas entre ellas y en extremos opuestos de la carcasa.

Sin embargo, la superficie emisora también puede inclinarse con respecto a la superficie de excitación. Además, la superficie de excitación y la superficie emisora se pueden proporcionar como superficies planas. En otras realizaciones, la superficie emisora o la superficie de excitación pueden estar curvadas, por ejemplo, para adaptarse a una forma de conducto redondo.

En particular, una parte exterior de la superficie de excitación o la superficie emisora se puede proporcionar como superficie plana o como superficie curva. El espacio interior de la carcasa en donde están dispuestos uno o varios difusores puede tener una forma especialmente sencilla y fácil de fabricar, tal como un cuboide o un cilindro, en particular un cilindro circular. Un cuboide es especialmente adecuado para colocar en la carcasa un difusor con una superficie de base rectangular. En una realización, la carcasa tiene la forma de un paralelepípedo y la superficie emisora y la superficie de excitación se proporcionan como superficies opuestas del cuboide.

A modo de ejemplo, la carcasa puede estar hecha de material plástico o también puede estar hecha de material metálico. El transductor comprende al menos un elemento transductor de ultrasonidos, que está acoplado o dispuesto en la superficie de excitación de la carcasa. Por ejemplo, el elemento transductor se puede insertar a través de la superficie de excitación y/o se puede soldar, soldar o pegar a la superficie de excitación. A modo de ejemplo, el elemento transductor o los elementos transductores pueden conectarse a la superficie de excitación por ajuste a presión o por ajuste de forma. El elemento transductor o los elementos transductores son accesibles desde el exterior de la carcasa y pueden conectarse a cables eléctricos para proporcionar una señal de excitación al elemento o elementos transductores, o para transmitir una señal recibida.

Se proporciona un difusor acústico en la superficie emisora de la carcasa. Una estructura difusora del difusor acústico está enfrentado a la cavidad. En otras palabras, la estructura difusora sobresale hacia el espacio interior definido por la cavidad.

Para una difusión aún mejor de las ondas sonoras dentro de la cavidad, se proporciona un segundo difusor. En particular, el segundo difusor se proporciona opuesto al primer difusor y de tal manera que una estructura difusora del segundo difusor acústico se enfrenta a una estructura difusora del primer difusor acústico. Las estructuras difusoras están enfrentadas o apuntadas entre ellas en el sentido de que hay una línea de visión entre las estructuras difusoras.

En particular, las estructuras de difusión pueden disponerse entre ellas de tal modo que las respectivas direcciones medias, que están definidas por las estructuras de difusión, apunten en direcciones opuestas dentro de un ángulo predeterminado, tal como 10 grados, 20 grados o 45 grados. Por ejemplo, pueden disponerse dos estructuras de difusión de tipo columna de tal modo que las columnas de la primera estructura difusora apunten hacia las columnas de la segunda estructura difusora dentro de un ángulo predeterminado, tal como 10 grados, 20 grados o 45 grados. Específicamente, los difusores acústicos pueden disponerse de tal manera que las respectivas superficies de base de los difusores acústicos estén alineadas en paralelo.

Las alineaciones respectivas y la distancia de las estructuras difusoras entre ellas se pueden elegir de tal modo que una parte importante del sonido emitido por uno de los difusores sea recibida por el otro difusor. De ese modo, se proporciona un acoplamiento eficaz entre los difusores. Por ejemplo, una distancia entre dos estructuras de difusión de tipo columna puede ser tal que una distancia mínima entre las estructuras de difusión no sea superior al 10%, 20% o 50% de una diferencia máxima de altura entre las columnas.

Una superficie de base del difusor puede cubrir la superficie emisora o la superficie de excitación esencialmente por completo. De manera similar, la estructura difusora respectiva puede cubrir la superficie emisora o la superficie de excitación de manera esencialmente completa. Específicamente, "de manera esencialmente completa" puede referirse al 90% o más, 95% o 99% o más de la superficie emisora o de la superficie de excitación.

En particular, la estructura difusora puede realizarse mediante protuberancias o mediante una superestructura en una superficie de base del difusor acústico respectivo, tales como paredes o columnas, que están alineadas ortogonalmente a la superficie de base o en ángulo con la superficie de base.

El segundo difusor acústico se proporciona o se fija a la superficie de excitación de tal manera que una estructura difusora del segundo difusor acústico esté enfrentada a la cavidad. El segundo difusor puede ser del mismo tipo que el primer difusor o puede ser de un tipo diferente. A modo de ejemplo, los difusores se pueden unir a la superficie respectiva o a la carcasa mediante soldadura, soldadura blanda, encolado, tornillos, pernos, ajuste de forma o ajuste a presión.

A modo de ejemplo, la superficie de excitación o la superficie emisora puede ser proporcionada por una parte de la carcasa o por una parte de la carcasa y otros elementos que se fijan a la carcasa. Además, los difusores acústicos respectivos se pueden proporcionar en una parte interna de la superficie de excitación respectiva o en una parte interna de la carcasa.

La carcasa puede comprender aberturas para intercambiar el líquido o gel y para la desgasificación. Además, la carcasa puede comprender una tapa en un lado con el fin de insertar o intercambiar el difusor acústico. En una realización, la tapa está pegada o soldada a la carcasa. Según otra realización, la tapa se fija mediante tornillos. En el último caso, se puede proporcionar un sellado o junta, tal como un anillo de sellado o similar.

En particular, la estructura difusora del difusor acústico o las estructuras difusoras de los difusores acústicos pueden comprender una estructura difusora de tipo columna. Más específicamente, la estructura difusora o las estructuras difusoras pueden consistir en una estructura difusora de tipo columna, o pueden ser proporcionadas por ella. La estructura de difusor de tipo columna también se conoce como estructura de terreno, en la que las columnas del difusor de tipo columna tienen una altura distribuida estadísticamente. En este caso, el difusor también se denomina difusor de columna.

La altura distribuida estadísticamente se puede definir mediante un algoritmo predeterminado y la probabilidad de una altura determinada puede depender de la ubicación en la superficie de la base, que se puede especificar mediante coordenadas rectangulares x e y. O bien, la probabilidad de una altura determinada también puede depender de la distancia desde una ubicación en la superficie de base de la estructura difusora o del difusor acústico.

En general, el tamaño de la base, la altura de las columnas y otras dimensiones dependen de la longitud de onda ultrasónica. Según una realización, un tamaño de base de las columnas de un difusor acústico de tipo columna está entre 0,5 milímetros cuadrados y 1,6 milímetros cuadrados. En particular, la sección transversal de una columna puede tener forma rectangular o cuadrada y el tamaño de la sección transversal puede estar entre 0,75 mm x 0,75 mm y 1,25 mm x 1,25 mm. Además, la sección transversal de la columna puede ser la misma desde la base hasta la parte superior de las columnas, por lo que el tamaño de la base es el mismo que el tamaño de la sección transversal.

Según otra realización, el tamaño de base de las columnas de un difusor acústico de tipo columna está comprendido entre 3 milímetros cuadrados y 5 milímetros cuadrados. En particular, la sección transversal de una columna puede tener forma rectangular o cuadrada y el tamaño de la sección transversal puede estar entre 1,75 mm x 1,75 mm y 2,25 mm x 2,25 mm.

El intervalo de altura de las columnas depende de la longitud de onda ultrasónica aplicada. En un ejemplo concreto, se puede elegir un intervalo de altura entre la columna más pequeña y la más grande del difusor acústico entre 1 mm y 10 mm. Para un buen efecto de difusión, la estructura de altura del segundo difusor se puede elegir diferente de la estructura de altura del primer difusor, por ejemplo, las alturas de columna de un difusor pueden ser estadísticamente independientes de las alturas de columna del otro difusor respectivo.

Según una realización adicional, la estructura difusora del difusor acústico o las estructuras difusoras de los difusores acústicos comprenden una estructura difusora de tipo cámara, tal como un difusor de residuo cuadrático o Schroeder, o un difusor de residuo cúbico.

En el caso de dos difusores acústicos, "el difusor o los difusores" puede referirse a uno de los difusores o a ambos. En el caso de más de dos difusores acústicos se puede hacer referencia a uno de ellos, algunos de ellos o a todos los difusores. Lo mismo se aplica a la expresión "la estructura difusora o las estructuras difusoras". Además, el material o método de producción del difusor también puede referirse al material o únicamente al método de producción de la estructura difusora.

Según una realización, el difusor acústico o los difusores acústicos están hechos de un material metálico. Un material metálico puede ser duradero y proporciona un buen acoplamiento acústico.

Según otra realización, el difusor acústico o los difusores acústicos están hechos de un material plástico. En particular, el difusor o los difusores pueden estar hechos de un material plástico en un proceso de moldeo.

Según otra realización, el difusor acústico o los difusores acústicos se fabrican mediante un proceso de impresión 3D. El proceso de impresión 3D es especialmente adecuado en combinación con un difusor de tipo columna. El proceso de impresión 3D puede ser un proceso de impresión de metal 3D de un proceso de impresión 3D utilizando otro tipo de material. La elección del material depende del propósito de la aplicación y la impedancia acústica del fluido, tal como gas, aceite, agua, etc.

En particular, la cavidad en la que se disponen el difusor o los difusores puede ser una cavidad rectangular o una cavidad en forma de cuboide. De esta manera, la cavidad puede ser proporcionada por el espacio interior de una carcasa de forma rectangular o cuboide, por ejemplo.

Además, el transductor puede comprender un elemento transductor que está en contacto con la superficie emisora, que está dispuesto para captar una señal de la superficie emisora. Por ejemplo, este elemento transductor puede ser proporcionado por un transductor de aguja, que está en contacto con la superficie emisora, o por un transductor de placa, que está dispuesto sobre o en la superficie emisora.

En una realización, el transductor comprende un transductor de aguja, que se extiende a través de la cavidad y hasta la superficie emisora. En particular, el transductor de aguja puede extenderse a través de la superficie de excitación, la cavidad, el difusor o el difusor y hasta la superficie emisora. Con este fin, se pueden prever aberturas adecuadas en la superficie de excitación y en los difusores.

El contacto del transductor de aguja con la superficie emisora da como resultado un buen acoplamiento de una onda acústica que se recibe en la superficie emisora. En esta realización, la onda acústica recibida no necesita, para ser detectada, viajar a través del medio hasta la superficie de excitación. Por lo tanto, hay menos atenuación y retardo de la señal. En particular, el transductor de aguja se puede usar con el propósito de captar una señal de sonido procedente de un fluido u otro tipo de medio que es sondeado por el transductor de ángulo amplio. El transductor de aguja también se puede usar para generar una señal acústica, aunque preferentemente la señal acústica se genera en la superficie de excitación de tal manera que se refleja en la superficie emisora, viaja hacia adelante y hacia atrás entre la superficie de excitación y la superficie emisora y es difundida por los difusores. Para ello, se proporciona un segundo elemento transductor en la superficie de excitación.

Alternativamente o además del transductor de aguja, se puede proporcionar un transductor de placa en la superficie emisora para captar la señal acústica. En este caso, se pueden proporcionar tiras, regiones o cables conductores adecuados sobre, o en, la carcasa que permitan conectar el transductor de placa a una unidad de procesamiento de señales.

En particular, el elemento transductor o los elementos transductores pueden comprender un elemento piezoeléctrico. En particular, algunos o todos los elementos transductores pueden ser proporcionados por elementos piezoeléctricos. Los elementos piezoeléctricos pueden proporcionar un acoplamiento eficaz de tensión a sonido. Además, los elementos piezoeléctricos pueden estar fácilmente disponibles en el mercado, al menos cuando se proporcionan en determinadas formas estándar, tales como formas de placa o columna.

Según otra realización, el transductor comprende no solo un elemento transductor, sino tres. Por tanto, el transductor comprende un primer elemento transductor, un segundo elemento transductor y un tercer elemento transductor. El primer elemento transductor se proporciona para captar una señal acústica, mientras que el segundo elemento transductor y el tercer elemento transductor se proporcionan para generar una señal acústica. Con este fin, los elementos transductores segundo y tercero se proporcionan en la superficie de excitación, mientras el primer elemento transductor está en contacto con la superficie emisora.

En una realización, el primer elemento transductor está dispuesto en una posición central de la superficie emisora. Si el primer elemento transductor se extiende hasta la superficie de excitación, puede además estar dispuesto en una posición central de la superficie de excitación. Los elementos transductores segundo y tercero pueden proporcionarse como transductores planos, por ejemplo, como transductores en forma de moneda, que están dispuestos en una superficie exterior o en una parte exterior de la superficie de excitación.

Más específicamente, el primer elemento transductor puede proporcionarse mediante un transductor de aguja, que se extiende a través de la cavidad y hasta la superficie emisora. Como se mencionó anteriormente, el transductor de aguja también puede extenderse a través de la superficie de excitación y los difusores. Alternativamente, el primer elemento transductor puede proporcionarse como un transductor de placa en la superficie emisora.

Según una realización, el segundo elemento transductor y el tercer elemento transductor están dispuestos simétricamente con respecto al primer elemento transductor. Esta disposición puede proporcionar condiciones bien definidas y puede hacer un buen uso del espacio disponible en la superficie de excitación. En particular, pueden proporcionarse simétricos en un plano de la superficie de excitación.

Además, el primer elemento transductor, el segundo elemento transductor y el tercer elemento transductor pueden disponerse a lo largo de una diagonal de la superficie de excitación. Si los elementos transductores están provistos de una sección transversal estándar, tal como una sección transversal redonda o rectangular, la sección transversal de los elementos transductores puede hacerse grandes cuando los transductores están alineados a lo largo de la extensión más larga de la superficie de excitación.

Según una realización adicional, el transductor comprende dos elementos transductores, un transductor de aguja como se describió anteriormente y un transductor plano que se proporciona en una superficie exterior de la superficie de excitación.

En un aspecto adicional, la presente memoria descriptiva describe un sistema de medición, que comprende una unidad de cálculo con un generador de forma de onda y el transductor de ángulo amplio mencionado anteriormente. La unidad de cálculo es operativa para enviar una señal de medición desde el transductor de ángulo amplio para recibir una señal de respuesta de un segundo transductor y para derivar un resultado de medición a partir de la señal de respuesta. Más específicamente, la unidad de cálculo y el generador de forma de onda generan una señal eléctrica de forma adecuada, que se transmite por cable eléctrico a un elemento transductor del transductor de ángulo amplio y desde allí a la superficie de excitación.

En particular, la señal de respuesta del otro transductor puede ser captada por un elemento transductor que está acoplado mecánicamente con la superficie emisora, tal como el transductor de aguja mencionado anteriormente. El elemento transductor convierte la señal de respuesta en una señal eléctrica que se transmite a la unidad de cálculo mediante un cable eléctrico. La unidad de cálculo evalúa la señal eléctrica para obtener el resultado de la medición.

Según otro tipo de medición, la unidad de cálculo también recibe y evalúa una segunda señal de respuesta del otro transductor. Esta segunda señal de respuesta corresponde a una señal acústica que se envía desde el transductor de ángulo amplio al otro transductor en la dirección opuesta a la señal acústica que se corresponde con la primera señal de respuesta.

En un aspecto adicional, la solicitud actual da a conocer un método implementado por ordenador para obtener un resultado de medición relativo a un líquido o fluido en un conducto por medio del transductor de ángulo amplio mencionado anteriormente, en donde el conducto puede ser un conducto abierto o un conducto cerrado.

El líquido o fluido a medir se proporciona con un movimiento con respecto al transductor. Se aplica una señal de medición a uno o más elementos transductores del transductor. En particular, para la disposición de tres transductores antes mencionada, la señal de medición se aplica al segundo transductor y al tercer transductor.

Mediante el respectivo acoplamiento mecánico o contacto entre el elemento transductor, la superficie de excitación y el difusor acústico, la señal de medición se transmite al difusor acústico en la superficie de excitación del transductor. En un ejemplo sin difusor en la superficie de excitación, la señal de medición se transmite a la superficie de excitación y al medio de transmisión de la cavidad, que es un líquido o gel.

La señal de medición se transmite al medio de transmisión y al segundo difusor acústico, que está unido a la superficie emisora del transductor. De ese modo, las ondas acústicas se reflejan de un lado a otro entre el primer difusor y el segundo difusor y una parte de las ondas acústicas se emite en la superficie emisora al líquido o fluido que se va a medir.

Se recibe una señal de respuesta en un segundo transductor. El segundo transductor se puede colocar con un desplazamiento con respecto al transductor de ángulo amplio y en una dirección longitudinal al conducto. El segundo transductor puede estar provisto en particular por un transductor de ángulo amplio. Un resultado de medición relativo al fluido se deriva de la primera señal de respuesta por medio de una unidad de cálculo.

En la disposición de medición, el segundo transductor está montado en el conducto en una primera posición y el segundo transductor está montado en el conducto con un desplazamiento con respecto a la primera posición con relación a una dirección longitudinal del conducto.

En otro tipo de medición, el método comprende los pasos adicionales de enviar una segunda señal de medición, que puede tener la misma forma de señal que la primera señal de medición desde el segundo transductor al transductor amplio mencionado anteriormente.

La segunda señal de respuesta a la segunda señal de medición es recibida por un elemento transductor del transductor de ángulo amplio, y la unidad de cálculo obtiene un resultado de medición relativo al fluido a partir de la primera señal de respuesta y la segunda señal de respuesta.

En un aspecto adicional, la solicitud actual describe un método para producir un transductor. Se proporciona una carcasa, que está hecha de un material plástico o un material metálico. Un primer difusor se produce mediante un proceso de impresión de metal 3D. El primer difusor se proporciona en una superficie emisora de la carcasa.

Además, se puede producir un segundo difusor mediante el proceso de impresión 3D y proporcionarlo en una superficie de excitación de la carcasa, siendo la superficie de excitación opuesta a la superficie emisora. En particular, el primer difusor y/o el segundo difusor se pueden disponer en la superficie respectiva pegando, soldando, soldando, atornillando, remachando o fabricando como una sola pieza con la carcasa.

Se proporciona un elemento transductor en la superficie de excitación de la carcasa. Por ejemplo, el elemento transductor o los elementos transductores pueden proporcionarse mediante pegado, soldadura, soldadura blanda y/o un ajuste mecánico, tal como ajuste a presión o ajuste de forma. Además, se puede proporcionar un segundo transductor en contacto con la superficie emisora, o en la superficie emisora para captar una señal acústica.

Además, la presente memoria describe una disposición de transductor de al menos dos transductores de ángulo amplio para realizar una medición de la velocidad del flujo. Específicamente, la presente memoria describe una disposición de transductores de al menos dos transductores de ángulo amplio para realizar una medición de la velocidad de flujo usando una señal de tiempo invertida.

Más específicamente, se describe una disposición de transductor que comprende un primer transductor de ángulo amplio según una de las realizaciones y un segundo transductor de ángulo amplio según una de las realizaciones, una unidad generadora de señales y una unidad de procesamiento de señales. La unidad generadora de señales y la unidad de procesamiento de señales se realizan con componentes electrónicos, tales como circuitos y circuitos integrados.

La unidad generadora de señales está conectada al primer transductor y a la unidad de procesamiento de señales, y la unidad de procesamiento de señales está conectada al segundo transductor.

El primer transductor, el segundo transductor, la unidad generadora de señales y la unidad de procesamiento de señales están configurados para aplicar una primera señal predeterminada al primer transductor, tal como una señal de impulso enfocada en el tiempo, para recibir una señal de respuesta de la primera señal predeterminada en el segundo transductor, con el fin de derivar una señal de medición a partir de la señal de respuesta, comprendiendo la derivación de la señal de medición seleccionar una parte de la señal de la señal de respuesta o de una señal derivada de la misma e invertir la parte de la señal con respecto al tiempo, para almacenar la señal de medición para uso posterior en un componente de memoria electrónica, con el fin de aplicar la señal de medición al primer transductor, para recibir una señal de respuesta a la señal de medición en el segundo transductor y para derivar una velocidad de flujo de la señal de respuesta recibida a la señal de medición.

En una realización adicional, que usa una medición de velocidad de flujo bidireccional, que puede usarse para cancelar una dependencia de la temperatura, la unidad generadora de señales está además conectada al segundo transductor y la unidad de procesamiento de señales está conectada además al primer transductor.

El primer transductor, el segundo transductor, la unidad generadora de señales y la unidad de procesamiento de señales están configurados para aplicar la señal de medición al segundo transductor, con el fin de recibir una segunda señal de respuesta a la señal de medición en el primer transductor, para derivar una velocidad de flujo de la señal de respuesta recibida a la señal de medición en el segundo transductor y de la segunda señal de respuesta recibida a la señal de medición en el primer transductor.

El objeto de la presente solicitud se explica ahora con más detalle con respecto a las siguientes figuras en las que:

la figura 1 muestra una vista lateral de un primer ejemplo de un transductor acústico de ángulo amplio con dos elementos transmisores en forma de placa y un elemento receptor en forma de columna,

la figura 2 muestra una vista en perspectiva de un difusor acústico para un transductor acústico, la figura 3 muestra una vista en perspectiva de otro transductor acústico de ángulo amplio con un solo elemento transductor y dos difusores,

la figura 4 muestra una vista en perspectiva de otro transductor de ángulo amplio que tiene tres elementos transductores y dos difusores,

la figura 5 muestra una vista en perspectiva de otro transductor acústico de ángulo amplio con un elemento transductor de placa, un transductor de aguja y dos difusores,

la figura 6 muestra una configuración experimental para una medición de distribución de presión de un transductor acústico,

la figura 7 muestra una distribución de presión de un transductor acústico con una cavidad rectangular, la figura 8 muestra una distribución de presión de referencia de un transductor acústico que tiene una cavidad con un difusor que tiene un tamaño de columna pequeño,

la figura 9 muestra una distribución de presión de un transductor acústico que tiene una cavidad con un difusor que tiene un tamaño de columna más grande,

la figura 10 muestra una distribución de presión de referencia de un transductor acústico que tiene una cavidad rectangular,

la figura 11 muestra una distribución de presión de un transductor acústico con dos difusores enfrentados, la figura 12 muestra una disposición de transductores de pinza para usar con las realizaciones de las figuras 1 a 11,

la figura 13 muestra una disposición adicional de transductores de pinza para usar con las realizaciones de las figuras 1 a 11 en una medición de configuración en V,

la figura 14 muestra la disposición de la figura 13 en una medición de configuración en W,

la figura 15 muestra una disposición adicional de transductores de pinza para uso con las realizaciones de las figuras 1 a 11,

la figura 16 muestra una señal recibida en la disposición de la figura 12, y

la figura 17 muestra una disposición de transductores húmedos para usar con las realizaciones de las figuras 1 a 11.

En la siguiente descripción, se proporcionan detalles para describir las realizaciones de la presente memoria descriptiva. Sin embargo, será evidente para un experto en la técnica que las realizaciones se pueden poner en práctica sin tales detalles.

La figura 1 muestra una vista en sección transversal de un transductor de ángulo amplio 10 según un primer ejemplo. El transductor de ángulo amplio 10 comprende una carcasa 11, que encierra una cavidad 12. Un primer elemento transductor en forma de placa 13 y un segundo elemento transductor en forma de placa 14 están dispuestos en una superficie de excitación 15 de la carcasa 11. Los elementos transductores tienen conexiones para conectar los elementos transductores a una fuente de energía eléctrica, que no se muestran en las figuras 1,3, 4 y 5.

En particular, los elementos transductores de esta realización y de las siguientes realizaciones pueden proporcionarse mediante cerámicas piezoeléctricas. Según una realización específica, que se utilizó para obtener las curvas de presión, se encolan uno o más discos piezoeléctricos de 1 MHz con un diámetro de 2 cm al dorso plano del difusor acústico con una fina capa de epoxi. Se aplica gel de silicona al otro lado del disco piezoeléctrico para aislamiento eléctrico.

Se proporciona un difusor acústico 16 en el interior de una superficie emisora 17 de la carcasa 11, que está situada opuesta a la superficie de excitación 15. El difusor 16 tiene una forma que proporciona un reflejo difuso de una onda sonora emitida por los elementos transductores 13 y 14. Además, el difusor 16 tiene una forma tal que son suprimidos los modos acústicos de la cavidad 12, que de otro modo conducirían a ondas estacionarias dentro de la cavidad 12, En el ejemplo de la figura 1, el difusor 16 es un difusor de tipo cámara, tal como un difusor Schroeder.

Ejemplos de tales difusores incluyen, entre otros, un difusor Schroeder o difusor de residuos cuadrático (QRD), un difusor de residuos cúbico (CRD), un difusor de raíz primaria (PRD) y un difusor de tipo columna con alturas distribuidas estadísticamente. En una realización, que es particularmente adecuada para la impresión 3D, el difusor es un difusor de tipo columna con columnas rectangulares que tienen alturas distribuidas estadísticamente.

En el ejemplo de la figura 1, la cavidad 11 tiene la forma de un bloque rectangular, que está delimitada por las paredes laterales 15, 17, 18 de la carcasa 11. Las paredes laterales 15, 17, 18 de la carcasa 11 comprenden la superficie de excitación 15, la superficie emisora 17, una primera superficie lateral 18, una segunda superficie lateral 19 y unas superficies laterales tercera y cuarta que no se muestran en la figura 1.

Un transductor de aguja 20 del transductor de ángulo amplio 10 está acoplado con la superficie emisora 17 y se extiende a través de la cavidad 17 y la superficie de excitación 17 y sobresale de la superficie de excitación 15 hacia el exterior de la carcasa 11. En el ejemplo de la figura 1, el transductor de aguja 20 se dispone en una posición central de la superficie emisora 17 y el transductor de aguja 20 se extiende a través de la superficie emisora 17.

En otras realizaciones, el transductor de aguja 20 se puede acoplar a la superficie emisora 17 de otras formas. Por ejemplo, el transductor de aguja puede soldarse o pegarse a una superficie interior de la superficie emisora 17. Alternativamente, la superficie emisora 17 puede comprender una parte de recepción con una forma adecuada para recoger el transductor de aguja 20.

La cavidad 12 se llena con un medio de transmisión de sonido amorfo 21 tal como un líquido o un gel, o epoxi u otro material relevante. Preferiblemente, la velocidad del sonido en el medio de transmisión es mayor que la velocidad del sonido en el aire y menor que la velocidad del sonido en la carcasa 11. Además, la atenuación del sonido y la compresibilidad del medio de transmisión de sonido son sustancialmente menores que la atenuación del sonido y la compresibilidad del aire.

En muchos materiales, la atenuación del sonido depende de la viscosidad dinámica, la viscosidad global del material y la frecuencia del sonido, mientras que la velocidad del sonido depende de la compresibilidad del material. Sin embargo, la atenuación del sonido de los materiales transmisores de sonido, tal como el medio 21 de transmisión del sonido, también puede caracterizarse por la compresibilidad del material. Para evitar la corrosión del espacio interior del transductor de ángulo amplio, el medio de transmisión puede ser proporcionado por un fluido no corrosivo tal como el aceite.

La figura 2 muestra una realización adicional de un difusor acústico 16’. El difusor acústico está provisto de una serie de columnas 25, que tienen alturas distribuidas estadísticamente con respecto a una parte de base 26. Cada pilar o columna 25 tiene una sección transversal cuadrada y está conectado a la plataforma 26 de la parte de base, que tiene una forma rectangular. La matriz de columnas también se conoce como estructura de "Manhattan", "terreno" o "horizonte". A modo de ejemplo, la distribución estadística de alturas puede generarse mediante un generador de secuencia aleatoria. El intervalo de números aleatorios está restringido entre una altura mínima y máxima, que es suficiente para proporcionar una reflexión difusa.

El difusor acústico 16’ de la figura 2 es un difusor acústico impreso 3D construido con múltiples pilares de diferente longitud. El difusor acústico consta de pilares metálicos compactos con una altura aleatoria. Cada pilar tiene una sección transversal cuadrada y está conectado a una plataforma de forma rectangular.

La secuencia aleatoria que determina la distribución de altura puede ser una secuencia pseudoaleatoria generada por un algoritmo o puede ser una secuencia aleatoria real generada por un generador de números aleatorios de hardware usando una medición mecánica cuántica como ruido de disparo o algún otro proceso aleatorio físico tal como ruido térmico. Por ejemplo, las alturas aleatorias podrían seleccionarse según una distribución uniforme, una distribución gaussiana, una distribución de Poisson o alguna otra forma de distribución estadística.

En un diseño de terreno de un difusor acústico, los límites de frecuencia superior e inferior están definidos por el ancho y la altura de las columnas cuadradas, respectivamente. La altura de las columnas define el límite de frecuencia inferior, mientras que el límite de frecuencia superior está definido por el ancho de la columna. En ejemplos específicos, el intervalo de altura de las columnas o pilares puede elegirse entre 1 mm y 10 mm, las dimensiones de la superficie de la base o "huella" pueden elegirse como 3,8 cm x 3,8 cm, y el ancho de la columna puede elegirse como 1 mm o 2 mm. Por tanto, el difusor tiene una matriz de 38 x 38 = 1444 columnas o, respectivamente, de 19 x 19 = 361 columnas.

El difusor acústico 16, 16’ está hecho preferentemente de un material metálico, que proporciona un buen acoplamiento con la superficie emisora. En particular, el difusor 16, 16’ se puede realizar mediante una impresión de metal 3D. El procesamiento adecuado para la impresión de metales 3D incluye, entre otros, sinterización o fusión de metales y, en particular, sinterización selectiva por láser (SHS), sinterización directa por láser de metales (DMLS), fusión selectiva por láser (SLM), fusión por haz de electrones (EBM), lecho de polvo e impresión 3D con cabezal de inyección de tinta (3DP), modelado por deposición fundida (FDM) o fabricación de filamentos fundidos (FFF), Robocasting o escritura directa de tinta (DIW) y fabricación de forma libre por haz de electrones (EBF3).

La tecnología de impresión 3D actual es capaz de imprimir estructuras tan pequeñas como decenas de micras en un tamaño adecuado para aplicaciones de acústica reveladora de tiempo de alta frecuencia. Es adecuado para fabricar estructuras superficiales complejas. Para una producción en masa, se pueden utilizar moldes y la estructura se puede prensar o moldear en caliente. El difusor de ángulo amplio que se utilizó para los experimentos se puede producir de la siguiente manera.

En primer lugar, se genera un modelo volumétrico del difusor acústico con un lenguaje de programación de geometría computacional, tal como OpenSCAD. A modo de ejemplo, el transductor de ángulo amplio de las medidas de presión tiene una superficie de apoyo de 3,8 cm x 3,8 cm que está decorada con pilares verticales de sección transversal cuadrada, que es de 1 mm por 1 mm y 2 mm por 2 mm de ancho. La altura de las columnas se genera de forma aleatoria. Para el difusor de la medida de presión se utilizó una distribución uniforme con valores que oscilan entre 1 mm y 10 mm. Para imprimir, la geometría se puede exportar en un formato de archivo estándar, tal como STL, y se convierte en un archivo imprimible, que es adecuado para imprimir con una impresora de metal 3D.

A modo de ejemplo, la impresora de metal 3D para generar el difusor que se utilizó en las mediciones de presión utiliza un láser de fibra infrarroja de 100 W con un diámetro de foco de 40 micras para sinterizar polvo de acero inoxidable austenítico de 50 micras.

La figura 3 muestra otra realización de un transductor de ángulo amplio 10’. El transductor de ángulo amplio 10’ comprende dos difusores acústicos 16’, 36 uno frente al otro. Los difusores acústicos 16 y 36 son difusores de tipo columna, como se muestra en la figura 2 anterior. En aras de la claridad, las figuras 3 y 4 muestran solo una parte del segundo difusor 36. El segundo difusor 36 se puede ver mejor en la vista en sección transversal de la realización de la figura 5. Por brevedad, no se repiten de nuevo algunas explicaciones de las características, que son comunes a las realizaciones, en la descripción de las figuras 3, 4 y 5.

El primer difusor acústico 16’ está dispuesto en la superficie emisora 17 del transductor de ángulo amplio 10’. El segundo difusor acústico 36 se proporciona en la superficie de excitación 36, que está enfrentada a la superficie emisora 17. A diferencia del ejemplo de la figura 1, el transductor de ángulo amplio 10’ comprende solo un transductor de placa única 20' que se usa tanto para emitir como para recibir ondas acústicas.

En un modo de transmisión, el transductor de placa 20’ recibe una señal eléctrica y convierte la señal eléctrica en una señal acústica, que se transmite a la superficie de excitación 15 y al segundo difusor 36. Desde allí, la señal se transmite al medio 21 y al primer difusor 16’. Una parte de la señal se emite en la superficie emisora 17 y otra parte se refleja de regreso al medio 21.

La señal acústica reflejada se refleja de un lado a otro entre el primer difusor 16’ y el segundo difusor 36 hasta que se disipa. Cada vez que el primer difusor 16 recibe una señal acústica, emite parte de ella en la superficie emisora 17. La superficie emisora 17 está en contacto directo con un fluido, o está acoplada con él, y emite la onda acústica al medio. En el contexto de la presente memoria, un fluido puede ser un líquido como aceite, agua, mezclas de los mismos o también un gas como aceite, gas de petróleo o una mezcla de los mismos. En términos generales, se forma una cavidad con fugas, que es impulsada por uno o varios elementos transductores, tales como cerámicas piezoeléctricas, que están unidos al dorso plano de uno de los dos difusores 16, 36.

En un modo de recepción, el transductor de placa 20’ recibe una señal acústica, que se transmite desde la superficie emisora 17 al difusor 16 y al medio 21. Además, el transductor de placa 20' recibe porciones de señal que se han reflejado hacia adelante y hacia atrás entre el difusor 16, las paredes de la carcasa 11 y el segundo difusor 36.

La figura 4 muestra una realización adicional de un transductor de ángulo amplio 10” en donde se proporcionan tres transductores de placa 13, 14, 20’ en una fila a lo largo de una diagonal de la superficie de excitación 15. Uno de los transductores 20', que se utiliza como transmisor, está dispuesto centralmente en la superficie de excitación 15. Los otros dos transductores 13, 14 están dispuestos a cada lado del transductor 20’.

La figura 5 muestra una vista en sección transversal de un transductor de ángulo amplio 10, que es similar al transductor 10 de la figura 1 ya que el elemento transductor 20 dispuesto centralmente se proporciona como un transductor de aguja 20. En la figura 5, se muestran en sección transversal el transductor de aguja 20, el difusor 16 y la carcasa 11.

Similar a las realizaciones de las figuras 3 y 4 ya diferencia del ejemplo de la figura 1, se proporcionan dos difusores de tipo columna 16, 36 en lados opuestos de la cavidad. Similar a la realización de la figura 4 y diferente de las realizaciones de la figura 3, hay tres elementos transductores 13, 14, 20, que están dispuestos a lo largo de una diagonal de la superficie de excitación 15. El primer elemento transductor no se muestra en la vista de la figura 5. En principio, los elementos transductores 13, 14, 20’ podrían disponerse según otros patrones, pero el patrón de la figura 4 permite lograr una gran superficie de elementos transductores de forma circular y un acoplamiento efectivo con la superficie de excitación 15.

La figura 6 muestra una configuración esquemática de una configuración experimental que se usa para determinar la distribución de presión de un transductor 30 de ángulo amplio según las figuras 7 a 11. El transductor de ángulo amplio 30 se refiere a uno de los transductores de ángulo amplio 31, 32, 33, 34 mostrados en las inserciones de las figuras 7, 8, 9, 10 y 11, respectivamente. El difusor acústico 30 está sumergido en agua 37 en posición vertical.

El agua 37 está contenida entre los límites de un contenedor o un conducto, que están indicados por las líneas de límite 28 y 29. A los efectos de esta medición, el agua está en reposo y no fluye en relación con los límites 28, 29.

Una cerámica piezoeléctrica 20’ está unida al transductor de ángulo amplio 30 y está respaldada por aire 38 para tener un acoplamiento eficiente de la señal en el agua 37. Un hidrófono de aguja 39, que está dispuesto en el límite 29 en posición vertical y opuesto al transductor 37 de ángulo amplio se utiliza para medir la presión acústica. Las coordenadas se eligen en la superficie del agua con el origen colocado en el centro de la cerámica piezoeléctrica. Los ejes X e Y son laterales a la superficie del transductor y el eje Z aumenta con la distancia normal desde el transductor 30. A los efectos de los diagramas de presión de las figuras 7 a 11, solo se utiliza la coordenada X, que es paralela al límite 29.

El hidrófono de aguja 39 se mueve en pasos a lo largo de la coordenada X para captar la señal de sonido del transductor de ángulo amplio 30. En la figura 6, el hidrófono de aguja 39 se muestra en una posición opuesta al centro del transductor de ángulo amplio 30 Como se menciona más adelante, la distancia entre el hidrófono y el lado frontal de una placa, que sirve como superficie emisora, es de 150 mm.

Los difusores acústicos están montados dentro de una carcasa de plástico, lo que permite insertar uno o dos de ellos. A modo de ejemplo, esto se muestra en las figuras 3, 4 y 5. La carcasa se conecta, a su vez, a una varilla de acero inoxidable y se fija en su lugar en la superficie libre de una cubeta llena de agua hecha de acrílico transparente, véase la figura 6.

En una aplicación técnica, el límite 28 lo proporcionará normalmente una pared, como una pared de conducto. En una configuración de canal abierto, el transductor está dispuesto en una superficie libre. Con el fin de medir solo una dirección de la señal acústica y para facilitar la colocación del transductor de ángulo amplio, resulta suficiente medir en una configuración de canal abierto.

Al colocar el transductor en la superficie del agua, el elemento piezoeléctrico 20’ se vuelve reforzado por aire, lo que aumenta la amplitud de la presión transmitida al agua. La señal se genera con un generador de forma de onda arbitraria, se alimenta a un amplificador de RF de 55 dB (ancho de banda de 350 MHz, ENI) y se conecta directamente al elemento piezoeléctrico 20’.

Para las mediciones de la distribución espacial de la presión, se aplica al elemento piezoeléctrico 20’ un solo ciclo a 1 MHz con una tensión pico a pico de 80 voltios. Las señales acústicas se miden con un pequeño hidrófono 39 dotado de un sensor circular de fluoruro de polivinilideno (PVDF). Mientras el emisor/receptor está en una ubicación fija, la posición del hidrófono 39 se mueve con una etapa de traslación programable. Al escanear el campo de sonido, el hidrófono se traslada en pasos de 0,5 mm, donde y = 0, x varía entre -100 mm y 100 mm y z = 150 mm.

La medición está automatizada. Después del posicionamiento del hidrófono 39, la señal eléctrica se genera desde una computadora de control, se carga en el generador de forma de onda arbitraria, se activa y luego se captura con un osciloscopio de muestreo de 14 bits. Luego, las señales se transfieren a la computadora y se almacenan.

Para investigar el impacto de la decoración de la placa en la dispersión espacial, se estudió la distribución de presión espacial de dos estructuras de terreno diferentes. Una placa plana de 6 mm de espesor sirvió como comparación.

Las figuras 7, 8 y 9 muestran las distribuciones espaciales de la presión positiva máxima medida a una distancia de 150 mm del lado frontal de la placa para tres configuraciones distintas: una placa plana en la figura 7, un difusor con una estructura de terreno con un pilar de 1 mm en la figura 8 y difusor con una estructura de terreno dotada de un pilar de 2 mm en la figura 9.

La figura 7 muestra una distribución de presión de referencia creada por un transductor de ángulo amplio que tiene solo una cavidad y no tiene difusor. Como puede verse en la figura 7, la placa plana proporciona un haz simétrico y estrecho con un solo pico distintivo que tiene un ancho completo a la mitad del máximo (FWHM) de 26 mm.

La figura 8 muestra una distribución de presión creada por un transductor de ángulo amplio que tiene un difusor de tipo de columna única con un tamaño de base de columna más pequeño de 1 mm por 1 mm. En la disposición de la figura 8 hay una fuerte diferencia en la distribución de la presión espacial que usa la estructura del terreno con un tamaño de pilar de 1 mm en comparación con la figura 7. Varios lóbulos laterales son visibles de manera prominente. Sin embargo, el FWHM del pico principal a 25 mm no ha cambiado significativamente.

La figura 9 muestra una distribución de presión creada por un transductor de ángulo amplio que tiene un difusor de tipo de columna única con un tamaño de base de columna más grande de 2 mm por 2 mm. La distribución de presión de la figura 9, que se obtuvo con un difusor que tiene un terreno con un tamaño de pilar de 2 mm, es significativamente diferente. En particular, la distribución en la región central es diferente, parece consistir en tres picos de amplitud aproximadamente similar que abarcan alrededor de 80 mm en FWHM. Esta medida sugiere que el difusor de terreno con el tamaño de pilar más grande funcionará mejor dentro de la cavidad con fugas.

Para las medidas de presión de las figuras 10, 11 y 12, se construyó una cavidad de reverberación. De este modo, el difusor acústico también se puede utilizar como receptor.

Para obtener un diseño compacto, se incrustan dos placas difusoras paralelas en la cavidad con la superficie del terreno enfrentada. Un soporte de plástico fabricado en ABS fija y alinea las placas de tal modo que quede un espacio entre los pilares más altos. Este hueco se llena de agua. Sin embargo, en otras realizaciones, la cavidad se puede llenar con cualquier otro material acústico transparente, tal como un gel, etc.

Se tiene cuidado de que no queden encerradas burbujas de gas, lo que podría provocar efectos no deseados, tal como cavitación. Por lo tanto, antes del montaje, los difusores se mantienen en agua a baja presión dentro de una cámara de vacío y se desgasifica el agua. Los difusores se ensamblan en la cavidad mientras permanecen sumergidos. La estructura final del transductor, es decir, la cavidad del pilar, tiene una dimensión de 4 cm x 4 cm x 2,5 cm. A modo de referencia, la actuación se realiza con una cavidad formada por dos placas sin decorar de 6 mm de espesor cada una, la cual también se denomina "cavidad plana".

Durante las mediciones de presión, el gran desajuste en la impedancia acústica entre el acero y el agua da como resultado un alto valor Q de la cavidad, que es necesario para los largos tiempos de reverberación deseados. En otras palabras, un contraste de alta densidad conduce a una alta tasa de reflexión.

En las figuras 10 y 11, se mide la distribución de presión de las respectivas cavidades para confirmar una amplia emisión espacial. Como antes en las medidas de las figuras 7, 8 y 9, se utiliza una señal de 1 MHz de ciclo único, pero el intervalo de exploración se incrementa a -125 mm < x < 125 mm y z = 150 mm del hidrófono. La distribución medida de la presión máxima emitida por las cavidades se representa en las figuras 10 y 11.

La figura 10 muestra una distribución de presión de referencia creada por un transductor de ángulo amplio que tiene una cavidad que está delimitada por dos placas planas o sin decoración 40, 41. El FWHM de la cavidad plana de la figura 10 es de aproximadamente 33 mm.

La figura 11 muestra una distribución de presión creada por un transductor de ángulo amplio similar al que se muestra en la figura 3, que tiene placas difusoras 16’, 36 que están enfrentadas entre ellas. En comparación con el FWHM de la distribución de presión de la figura 10, la cavidad de terreno de la figura 11 muestra un FWHM aumentado casi 5 veces de 145 mm. Así, la extensión FWHM es mucho mayor que el ancho de la base del difusor, que es de 3,8 cm = 38 mm. En general, el transductor de cavidad con las superficies de terreno mejora en gran medida la extensión espacial mientras mantiene una forma compacta.

Un ángulo de apertura a del trapezoide, que se forma entre la presión FWHM como primera línea de base y la superficie de la placa como segunda línea de base, se puede definir por

r145 mm - 38 mm

a = sen -1---- ) ~ 20,90°

2 150 ; m m )

Generalmente, la resolución temporal estará limitada por el tiempo de amortiguación de la cavidad.

La figura 12 muestra una disposición de dos transductores de pinza 10. La disposición de la figura 12 y las disposiciones de las siguientes figuras 13, 14, 15, 17 se pueden utilizar con los transductores de ángulo amplio 10, 10’, 10”, 10’’’ de las figuras 1 a 11.

Una dirección del flujo se indica mediante una flecha horizontal y las trayectorias de viaje de las señales acústicas se indican mediante dos flechas diagonales.

La figura 13 muestra una disposición adicional de transductores de pinza 110 para su uso con las realizaciones de las figuras 1 a 11 en una medición de configuración en V. Los transductores de ángulo amplio 10 - 10’’’ se pueden integrar de varias formas en un transductor de pinza 110. Por ejemplo, los transductores de ángulo amplio 10 - 10’’’ pueden disponerse de tal modo que una superficie de excitación 15 coincida con una superficie exterior del transductor de pinza 110 y la superficie emisora opuesta 17 sea adyacente a una parte en forma de cuña del transductor de pinza 110.

La figura 14 muestra la disposición de la figura 13 en una medición de configuración en W en la que una señal acústica dominante se refleja dos veces en los límites de un conducto antes de que alcance un segundo transductor.

La figura 15 muestra una disposición adicional de transductores de pinza para usar con las realizaciones de las figuras I a 11. En el ejemplo de la figura 15, los transductores de ángulo amplio 10 están instalados en los transductores de pinza, que están sujetos a un conducto mediante cables. En la disposición de la figura 15, hay un conjunto de cuatro transductores, un conjunto intermedio de dos transductores y un conjunto adicional de cuatro transductores. Las líneas de visión entre los transductores de ángulo amplio 10 se indican mediante líneas discontinuas.

La figura 16 muestra una señal recibida en la disposición de la figura 12. La señal de la figura 15 ilustra las propiedades de enfoque de un transductor de ángulo amplio en el dominio del tiempo. Se puede lograr un enfoque en el dominio del tiempo aplicando una señal de tiempo invertido en el transductor de ángulo amplio emisor 10.

Una señal de medición según la presente memoria descriptiva puede modelarse mediante un filtro adaptado. Si se utiliza un impulso de pico pronunciado como sonda o señal de prueba, la señal recibida en el transductor es la respuesta al impulso del canal. Los transductores de ángulo amplio de la presente memoria descriptiva se pueden usar con o sin señales de tiempo invertido. Cuando se usa una señal de tiempo invertido, se envía una versión invertida de una señal recibida a través del mismo canal que una señal de medición, ya sea en la dirección inversa de un flujo en un conducto o en la misma dirección que el flujo.

Esto da como resultado una señal con un pico en el origen, donde estaba la fuente original, o una señal con un pico en el receptor original, respectivamente. La señal se configura con respecto al espacio y al tiempo. La propiedad de enfoque temporal se ilustra en la figura 16, mientras que la conformación espacial se ilustra en las figuras 8, 9 y 11.

Un caudalímetro ultrasónico según la presente memoria puede proporcionar una propiedad de enfoque utilizando la señal invertida mencionada anteriormente, o una señal similarmente conformada, para que un caudalímetro ultrasónico forme una señal de respuesta, que se concentra tanto en el espacio como en el tiempo. Esto a su vez conduce a una mayor amplitud en un elemento piezoeléctrico receptor y una mejor relación señal/ruido.

Con un caudalímetro ultrasónico según la presente memoria, se pueden obtener propiedades de enfoque y formación de haz en condiciones muy generales. Por ejemplo, se obtiene una propiedad de enfoque incluso cuando solo se excita un transmisor de ultrasonidos e incluso cuando la señal invertida se reduce a una señal que solo se digitaliza de manera aproximada en el intervalo de amplitud, si la resolución temporal de la señal invertida es suficiente. Además, se puede utilizar un caudalímetro según la presente memoria con transductores de pinza, que son fáciles de colocar en una tubería y no requieren modificaciones de la tubería.

La figura 17 muestra una disposición de transductores húmedos 111 para usar con las realizaciones de las figuras 1 a 11. Los transductores húmedos 111, que sobresalen dentro del conducto, comprenden transductores de ángulo amplio 10. En el ejemplo de la figura 17 hay un total de cinco capas de cuatro transductores. Las líneas de visión diagonales dentro de la misma capa se han indicado mediante líneas discontinuas. Esta disposición es particularmente útil para medir por separado la velocidad del flujo en las diferentes capas.

La disposición se puede utilizar mejor en combinación con transductores de ángulo amplio de la presente memoria y procedimientos de conformación del haz. Los procedimientos de conformación del haz se implementan mediante componentes electrónicos tales como una unidad generadora de señales y una unidad de evaluación de señales, que también se conoce como unidad de procesamiento de señales. En particular, la conformación del haz puede comprender la aplicación de una señal de tiempo invertido a un transductor de ángulo amplio.

Aunque la descripción anterior contiene mucha especificidad, no debe interpretarse como limitativa del alcance de las realizaciones, sino que simplemente proporcionan una ilustración de las realizaciones previsibles. Especialmente, las ventajas de las realizaciones mencionadas anteriormente no deben interpretarse como limitativas del alcance de las realizaciones, sino simplemente para explicar los posibles logros si las realizaciones descritas se ponen en práctica. Por tanto, el alcance de las realizaciones debería estar determinado por las reivindicaciones adjuntas.

Números de referencia

10 transductor de ángulo amplio

I I carcasa

12 cavidad

13 elemento transductor

14 elemento transductor

15 superficie de excitación

16, 16’ difusor acústico

superficie emisora

primera superficie lateral

segunda superficie lateral

elemento transductor

' transductor de aguja

medio de transmisión

columnas

superficie base

línea límite

línea límite

transductor de ángulo amplio

transductor de referencia

transductor de ángulo amplio, tamaño de columna pequeño transductor de ángulo amplio, columna de gran tamaño transductor de referencia

transductor de ángulo amplio, de doble cara

difusor acústico

agua

aire

hidrófono de aguja

placa plana

placa plana

0 transductor de pinza

1 transductor mojado

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un transductor (10’, 10’’, 10’’’) para emitir y recibir ondas acústicas, comprendiendo el transductor (10’, 10’’, 10’’’) una carcasa (11), formando la carcasa (11) una cavidad (12), comprendiendo la carcasa (11)

- una superficie de excitación (15) y una superficie emisora (17) que está dispuesta opuesta a la superficie de excitación (15),

- un elemento transductor (14), estando dispuesto el elemento transductor en la superficie de excitación (15), - un difusor acústico (16’), estando dispuesto el difusor acústico en la superficie emisora (17) de la carcasa (11), en el que una estructura difusora del difusor acústico (16’) se enfrenta a la cavidad (12), comprendiendo el transductor un segundo difusor acústico (36), estando dispuesto el segundo difusor acústico (36) en la superficie de excitación (15),

en el que una estructura difusora del segundo difusor acústico (36) está enfrentada a la cavidad (12).

2. El transductor (10’, 10’’, 10’’’) según la reivindicación 1,

en el que la estructura difusora del segundo difusor acústico (36) está enfrentada a la estructura difusora del primer difusor acústico (16’).

3. El transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones anteriores,

en el que la estructura difusora del difusor acústico (16’) o las estructuras difusoras de los difusores acústicos (16’, 36) comprenden una estructura difusora de tipo columna.

4. El transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones anteriores,

en el que la estructura difusora del difusor acústico (16’) o las estructuras difusoras de los difusores acústicos (16’, 36) comprenden una estructura difusora de tipo cámara.

5. El transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones anteriores,

en el que el difusor acústico (16’) o los difusores acústicos (16’, 36) están hechos de un material metálico.

6. El transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones 1 a 4,

en el que el difusor acústico (16’) o los difusores acústicos (16’, 36) están hechos de un material plástico.

7. El transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones anteriores,

en el que el difusor acústico o los difusores acústicos se fabrican mediante un proceso de impresión 3D.

8. El transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la cavidad (12) es una cavidad rectangular.

9. El transductor (10’’’) según una de las reivindicaciones anteriores,

comprendiendo el transductor (10’’’) un transductor de aguja (20), extendiéndose el transductor de aguja (20) a través de la cavidad (12) y hasta la superficie emisora (17).

10. El transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el transductor (10’, 10’’, 10’’’) un transductor de placa (13, 14, 20’) que está dispuesto en la superficie emisora (15).

11. El transductor (10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el transductor (10’’, 10’’’) un primer elemento transductor (20, 20’), un segundo elemento transductor (13) y un tercer elemento transductor (14), estando dispuestos el segundo elemento transductor (13) y el tercer elemento transductor (14) en la superficie de excitación (15) y estando en contacto el primer elemento transductor (20, 20’) con la superficie emisora (17).

12. El transductor (10’’, 10’’’) según la reivindicación 11,

en el que el primer elemento transductor (20, 20’) es un transductor de placa, estando dispuesto el transductor de placa en la superficie emisora (17).

13. El transductor (10’’, 10’’’) según la reivindicación 11,

en el que el primer elemento transductor (20, 20’) está dispuesto en una posición central de la superficie emisora (17).

14. El transductor (10’’’) según la reivindicación 11 o la reivindicación 13,

en el que el primer elemento transductor (20) es un transductor de aguja (20), extendiéndose el transductor de aguja (20) a través de la cavidad (12) y hasta la superficie emisora (17).

15. El transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones 11 a 14,

en el que el segundo elemento transductor (13) y el tercer elemento transductor (14) están dispuestos simétricamente con respecto al primer elemento transductor (20, 20’).

16. El transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones 13 a 15,

en el que el primer elemento transductor (20, 20’), el segundo elemento transductor (13) y el tercer elemento transductor (14) están dispuestos a lo largo de una diagonal de la superficie de excitación (15).

17. El transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones anteriores,

en el que el elemento transductor (13, 14, 20, 20’) o los elementos transductores (13, 14, 20, 20') comprenden un elemento piezoeléctrico.

18. Método de producción de un transductor (10’, 10’’, 10’’’), que comprende

proporcionar una carcasa (11), definiendo la carcasa (11) una cavidad (12),

producir un primer difusor acústico de tipo columna (16’) mediante un proceso de impresión 3D,

disponer el primer difusor acústico de tipo columna (16’) sobre una superficie emisora (17) de la carcasa (11), de tal manera que las columnas del difusor acústico de tipo columna (16’) estén enfrentadas a la cavidad (12),

proporcionar al menos un elemento transductor en una superficie de excitación (15) de la carcasa (11), estando dispuesta la superficie de excitación (15) opuesta a la superficie emisora (17),

producir un segundo difusor acústico de tipo columna (36) mediante un proceso de impresión 3D, disponiendo el segundo difusor acústico de tipo columna (36) en la superficie de excitación (17) de la carcasa (11), de tal manera que las columnas del difusor acústico de tipo columna (36) estén enfrentadas a la cavidad (12).

19. Una disposición de transductor, comprendiendo la disposición de transductor un primer transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones 1 a 17, y un segundo transductor (10’, 10’’, 10’’’) según una de las reivindicaciones 1 a 17, una unidad generadora de señales y una unidad de procesamiento de señales, estando conectada la unidad generadora de señales al primer transductor (10’, 10’’, 10’’’) y a la unidad de procesamiento de señales, y estando conectada la unidad de procesamiento de señales al segundo transductor (10’, 10’’, 10’’’),

en la que el primer transductor (10’, 10’’, 10’’’), el segundo transductor (10’, 10’’, 10’’’), la unidad generadora de señales y la unidad de procesamiento de señales están configurados para

- aplicar una primera señal predeterminada al primer transductor (10’, 10’’, 10’’’),

- recibir una señal de respuesta de la primera señal predeterminada en el segundo transductor (10’, 10’’, 10’’’),

- derivar una señal de medición a partir de la señal de respuesta, comprendiendo la derivación de la señal de medición seleccionar una parte de señal de la señal de respuesta o de una señal derivada de la misma e invertir la parte de la señal con respecto al tiempo,

- almacenar la señal de medición para su uso posterior,

- aplicar la señal de medición al primer transductor (10’, 10’’, 10’’’),

- recibir una señal de respuesta a la señal de medición en el segundo transductor (10’, 10’’, 10’’’),

- derivar una velocidad de flujo de la señal de respuesta recibida a la señal de medición.

20. La disposición de transductor de la reivindicación 19, en la que la unidad generadora de señales está además conectada al segundo transductor (10’, 10’’, 10’’’) y la unidad de procesamiento de señales está además conectada al primer transductor (10’, 10’’, 10’’’),

y en la que el primer transductor, el segundo transductor, la unidad generadora de señales y la unidad de procesamiento de señales están configurados para

- aplicar la señal de medición al segundo transductor (10’, 10’’, 10’’’),

- recibir una segunda señal de respuesta a la señal de medición en el primer transductor (10’, 10’’, 10’’’),

- derivar una velocidad de flujo de la señal de respuesta recibida a la señal de medición en el segundo transductor (10’, 10’’, 10’’’) y de la segunda señal de respuesta recibida a la señal de medición en el primer transductor (10’, 10’, 10’’).