[发明专利]超声换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声换能器，包括外壳、设置在外壳的第一区域中的用于 在超声换能器的内部空间和外部空间之间传递超声波的超声窗、以及在外壳之 中与超声窗相邻设置的换能元件，其中超声波能够作为壳波在外壳的第一区域 和位于外壳的第一区域对面的外壳的第三区域之间经过外壳的至少一个传导的 第二区域传递。

背景技术

上述类型的超声换能器早已为人所知，例如广泛应用于声学的流量测定仪 之中。超声换能器的换能元件将电能转变成机械的偏转，在适当激励条件下也 可转变成超声频率范围内的振荡。在这种情况下，超声换能器就作为超声发射 器工作，并且通过超声窗将超声波-部分地-传递到超声换能器周围的介质之中。

反之也可以通过外部-在介质中出现的-压力波动使得超声窗偏移，然后通过 换能元件将其转变成相应的信号；在这种情况下，超声换能器就作为超声接收 器工作。在某些应用情况下-例如在液位测量中-，不仅使用这种超声换能器作 为超声发射器，而且也作为超声接收器；在流量测量领域通常要么使用超声换 能器作为超声发射器，要么作为超声接收器。

在这两种情况下，也就是说在超声换能器作为发射器工作的情况下以及在 超声换能器作为接收器工作的情况下，通过超声窗传递的到达或者来自换能元 件的超声波指的是实际有用的信号。上述通过外壳传递或者输出的超声波指的 是寄生的壳波。利用这些波所传导的能量无法供有用信号使用， 因此通常并不希望存在壳波。

有各种各样的措施可用来减少壳波。有些措施能够避免产生这种壳波，例 如可以使得超声窗具有特别好的阻抗匹配，从而最大化所发射的能量部分；或 者将超声窗设计成λ/4-膜来减少反射。其它措施则是阻止继续传递已产生的壳 波，例如通过失配的声学的阻抗过渡。壳波不仅是对于有用信号而言遗失的功 率损耗，而且还有其它不利影响。

例如在声学的流量测量领域，通常要利用以下效应：在量管内所输送的介 质的输送速度叠加在声信号的传递速度上。如果沿着声信号方向输送介质，则 所测定的声信号相对于量管的传播速度要比在静止介质内大；如果在与声信号 的发射方向相反的方向上输送介质，则声信号相对于量管的速度比在静止介质 内小。由于存在拖曳效应，因此声发射器与声接收器-两者均为超声换能器-之 间的声信号传递速度取决于介质相对于量管以及相对于声发射器和声接收器的 输送速度。

基于所发射的声信号或者超声信号进行测量的问题在于：并非仅仅通过换 能器外壳周围的介质传递换能元件所产生的超声振动，而且也会通过外壳将所 产生的超声振动以壳波形式-部分地-传输到整个测量装置，这种现象并非仅存在 于流量测量领域。这就是除了功率损耗之外所面临的问题，因为这种通过串扰 传输到测量仪外壳上的超声波也会在接收侧引起严重干扰。原因在于：接收侧 无法区别所接收的超声信号是直接通过介质和超声窗接收的-有用信号-，还是间 接地作为壳波通过测量装置和超声换能器的整个外壳、尤其是通过外壳的第三 区域以及外壳的传导的第二区域抵达了换能元件。

发明内容

因此本发明的任务在于阐述一种超声换能器，其可实现了用于阻止经由超 声换能器的外壳传递壳波的又一措施，并且能-至少部分地-避免现有技术条件下 已知的缺点。

本发明所述的超声换能器能解决以上所述的任务，其基本特征在于：在外 壳的第二区域中构成至少两个在壳波的传播方向上基本依次设置的弱耦合的机 械的谐振器。