[发明专利]超声换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于安装在测量设备壳体内的超声换能器，其中，该超声 换能器包括换能器壳体和壳体保持部，并且其中，该换能器壳体能够在安装状 态下通过其发送侧和/或接收侧被施加介质压力。

背景技术

前述类型的超声换能器很久以来就是已知的，并且例如广泛应用于声学流 量测量设备中。超声换能器将电能转换成薄膜的偏置(Auslenkung)，所述薄膜 设置在换能器壳体的发送侧和/或接收侧上；在这种情况下，超声换能器充当超 声发送器。反之亦然，设在发送侧和/或接收侧上的薄膜通过存在于介质内的外 部压力波动而被偏置并且这种偏置被转换成相应的信号；在这种情况下，超声 换能器充当超声接收器。在例如液面测量的一些应用中，这种超声换能器不仅 用作为超声发送器也用作为超声接收器，在流量测量区域内，超声换能器通常 或者用作为超声发送器，或者用作为超声接收器。

在声学流量测量中，主要利用了这样一种效应，即，在测量管中输送的介 质中介质的输送速度与声音信号的传播速度叠加。如果介质沿声音信号的方向 输送，则相对于测量管的所测得的声音信号的传播速度比之在静止介质内的大， 如果介质沿反向于声音信号的发出方向输送，则声音信号相对于测量管的速度 比在静止介质内的小。在声音发送器和声音接收器(两者都是超声换能器)之 间的声音信号的输送时间基于伴随效应(Mitführeffekt)取决于介质相对于测量 管进而相对于声音发送器和声音接收器的输送速度。

在基于发射声音信号或者超声信号的测量中，在流量测量领域中存在的问 题是，在超声换能器内生成的超声振动不仅从换能器壳体的发送侧和/或接收侧 传递至超声换能器的周围介质内，而且所生成的振动经由换能器壳体(也许经 由壳体保持部，如果是不同于测量设备壳体)则传递至所述测量设备壳体。因 此不单出现在某些情况下发送功率的很大一部分“丢失”的问题，而且尤其由于 对传递至测量设备壳体的超声波的所谓串扰也会导致明显的接收侧侧的串扰问 题。这是由于，在接收侧例如不能区别出，经由介质接收到的超声信号是有效 信号，还是通过测量设备壳体接收到的超声信号是有效信号，在这里，通过测 量设备壳体传输的超声信号再次在接收超声换能器的换能器壳体内发生串扰。

尤其是在气体应用的情况下(也就是介质由气体构成的情况下)，从超声换 能器传送至气态介质内的振动能量分量与全部生成的振动能量相比非常小，因 而串扰问题在这里尤为严重。

针对如何能够降低从换能器壳体内的自身振动发生器传递至换能器壳体并 且继续传递至测量设备壳体的超声振动的串扰，现有技术已公开了各种各样的 措施。一些方法涉及在结构方面延长从超声生成器(例如换能器壳体的发送侧 和/或接收侧上的压电元件)至向测量设备壳体上的过渡的传输路径。另一些措 施涉及尝试对来自超声换能器和/或测量设备壳体的剩余部分的超声源进行声解 耦，例如通过用材料实现声学过渡的方法，声学过渡造成糟糕的阻抗匹配，进 而使得传递的有效分量较低。通常还会将多个措施相互组合。

在气体应用的情况下还存在这样的问题，即，直接传递至气态介质内的能 量分量强烈依赖于压力以及介质密度。压力波动也将导致有效信号能量与串扰 信号能量之比变化很大，因此对超声信号的基于信号电平或者信号电平比的分 析造成困难。

发明内容

因而本发明的任务在于提供一种安装在测量设备壳体上的超声换能器，所 述超声换能器实现了避免超声信号串扰的另外的措施，并且至少部分避免了现 有技术的已知缺点。

解决了先前引出的任务的本发明声学超声换能器的首要以及基本特征在 于，换能器壳体在安装状态下与壳体保持部至少间接地构成至少一个第一接触 面，通过预紧装置，换能器壳体和壳体保持部在第一接触面中至少间接地以现 有的然而尽可能小的表面压力相互挤压。通过换能器壳体在壳体保持部中以尽 可能小的表面压力实现的支承获得换能器壳体和壳体保持部之间的很好的声解 耦，从而有效避免超声串扰。因为总而言之在壳体保持部和换能器壳体之间实 现了尽可能小的至少间接的表面压力，所以壳体保持部和换能器壳体限定地互 相支承，从而即使介质压力没有向超声换能器施加力，超声换能器也具有预定 的外部几何形状。