[发明专利]气流和相关特性的声学测量传感器

说明书

相关申请

本申请要求1999年5月24日提交的在先申请No.60/135,644的优先权。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及流量测量；特别涉及测量气流特性的声学流量测量装置。

2.现有技术的说明

使用超声波流量计测量气流特性是困难的。这部分是由于使用现有装置造成的低密度和从一个传感器向气体传播的声波的阻抗失配。超声波传感器一般用一个固体元件，向一个流体流注入超声波能。在很多例子中，从固体到流体的运动产生一种阻抗失配，并引起大百分比的声能被反射。对于液体，这个失配是十分小的，即使在使得声波能通过管的金属壁时，仍能够进行流量的超声波测量。对于气流测量，阻抗失配是大的，并且不容易克服。

另外，由于气体的低声阻抗，用声能测量气流参数在特性上也是困难的。在声能从物理上安装到管壁上的能量传感器输入气流中时，外罩和管壁也能够谐振或鸣响。这种谐振使得识别和测量引入到气流中的声信号困难。

因此，需要一种准确测量气流中的流量的装置。也需要一种装置，它能够充分与气流匹配，以克服阻抗失配，并从低电压发射源向气体注入足够的能量。还需要一种装置，它将所述装置与管壁隔音，以避免气体声信号的被干扰。

本发明概述

根据本发明，一种气流声学测量的传感器包括：一个外罩，它具有第一端部；一个固定安装到所述外罩的薄膜，将所述第一端部与气流密封分开；和一个致动器，它安装在第一端部，与所述薄膜相互作用。一种声学传导材料分布在所述薄膜和致动器之间。所述的声音传导材料包括在所述致动器的声阻抗和气体流声阻抗之间的一个声阻抗。

在其他的实施例中，所述传感器最好包括：外罩的第二端壁；和位于外罩的第一端部和第二端部之间的一个阻尼器，用于衰减通过致动器的声能。阻尼器可以包括具有不连续外表面的阻尼材料。不连续外表面可包括飞边和槽。阻尼器可以包括交替阻尼和传播垫圈的多个垫圈。致动器可以包括一堆压电片。所述传感器可以包括一个耦接到外罩的第一端部的反射器，用于改变引向传感器或从传感器出来的声能的方向。传导材料的声阻抗值可以包括在致动器的声阻抗和气体流的声阻抗之间的声阻抗的几何平均值。薄膜可以包括一种金属，它被致动器移位产生声波，或被气流移位向致动器发射声能。声音传导材料可以包括的厚度为致动器产生的波长的四分之一。

气流的声测量的传感器包括一个传感器主体，它限定一个具有第一端部的管；和一个阻尼器部分，它与第一端部相邻设置，第一端部接合气流。一个薄膜固定安装到外罩，将第一端部与气流密封分开。一个致动器位于第一端部中，与薄膜相互作用。声音传导材料位于所述薄膜和致动器之间。声音传导材料的阻抗在致动器的声阻抗和气流的声阻抗之间。阻尼器总成位于传感器主体的阻尼器部分中。阻尼器总成包括在声传播垫圈之间的多个阻尼垫圈。阻尼器总成使通过传感器的声能衰减。

在另外的实施例中，阻尼器部分可以具有比第一端部的壁厚小的壁厚。传感器主体可以包括钢，阻尼器部分的壁厚最好是约15-25密耳。致动器可以包括一堆压电片。传感器可以包括一个反射器，它耦接到外罩的第一端部，用于改变引向传感器或从传感器发出的声能的方向。传导材料的声阻抗可以包括在致动器声阻抗和气流声阻抗之间的声阻抗的几何平均数。薄膜可以包括一种金属，它由致动器位移产生声波，或由气流位移向致动器发射声能。声音传导材料可以包括的厚度为致动器产生的波长的四分之一。阻尼垫圈可以包括致动器产生波长的四分之一的厚度。

通过以下参照附图的实施例的详细说明，将明了本发明的这些和其他的目的、特征和优点。

附图简要说明

下面将在参照以下附图的优选实施例中详细说明本发明。

图1是本发明声测量气体流的装置的剖视图；

图2是本发明声测量气体流的装置另一个实施例的剖视图；

图3是本发明图1装置上安装的声反射器的前视图；

图4是本发明图1装置上安装的声音反射器的侧视图；

图5是本发明图1装置上安装的声音反射器的后视图；

图6是根据本发明在管中安装的图1装置的剖视图；

图7是根据本发明的弦式(chordally)安装在带有反射器的管中的图1的两个装置的剖视图；和

图8是根据本发明声测量气流装置的另一实施例的剖视图。

优选实施例详述