[发明专利]用于制造自动化技术现场设备的声音换能器的方法

说明书

本发明涉及一种用于生产超声换能器(1)的方法，该方法具有如下方法步骤：提供加大尺寸的传感器本体(2)；经由机电换能器(3)激励声波；确定声波在所述传感器本体(2)的出射表面(6)上的当前传播速度，或者确定所述出射表面(6)的法线与声波在介质(8)中的传播方向之间的当前角度；确定声波在所述传感器本体(2)的所述出射表面(6)上的当前传播速度与期望传播速度之差，或者确定所述出射表面(6)的法线与声波在所述介质(8)中的传播方向之间的当前角度与限定的期望角度之差；确定在所述传感器本体(2)中的声速与期望声速之差；去除所述传感器本体(2)的所述出射表面(6)的区域中的材料(5)，其中，剩余材料被定尺寸使得声波在所述传感器本体(2)的所述出射表面(6)上的当前传播速度和/或由在所述传感器本体(2)中的声速引起的延迟与在所述传感器本体(2)的所述出射表面(6)上的声波的期望传播速度至少近似匹配，或者使得所述出射表面(6)的法线与声波的传播方向之间的当前角度与在所述出射表面(6)的法线与声波在所述介质(8)中的传播方向之间的限定的期望角度至少近似匹配。

技术领域

本发明涉及一种用于制造自动化技术现场设备的声音换能器的方法，其中，所述声音换能器包括传感器本体——也称作引入元件——以及经由至少一个适配层而布置在传感器本体的外表面上的机电换能器，其中，由所述机电换能器产生的声波在穿过所述传感器本体之后以限定的期望传播速度在所述传感器本体的出射表面上传播，或者其中，由所述机电换能器产生的声波以在所述出射表面的垂线与传播方向之间的限定的期望角度在邻接所述出射表面的介质内传播。优选地，对应的超声传感器被应用于非接触地确定管道中介质的体积流量和/或质量流量的流量测量设备中，或者应用于无损检测设备(NDT)中，由此应用于在不破坏测试对象的情况下工作的检测设备中。

背景技术

本申请人的超声流量测量设备根据行进时间差原理来工作。在这种情况下，评估超声测量信号在介质的流动方向以及与流动方向相反的方向上的不同行进时间。为此，由超声换能器交替地在介质的流动方向以及与流动方向相反的方向上发送和接收超声测量信号。从超声测量信号的行进时间差能够确定流速，以此在已知管道直径的情况下能够确定体积流量，并且在已知或已测得介质密度的情况下能够确定质量流量。

就测量设备的类型而言，存在插入管道内的超声流量测量设备以及夹合式流量测量设备，在夹合式流量测量设备的情况下，借助夹紧机构将超声换能器在外部压至管道上。

在这两种类型的超声流量测量设备的情况下，将超声测量信号(即声波)以预定角度辐射到流动介质所位于的管道或测量管中和/或以预定角度从流动介质所位于的管道或测量管中接收。为了获得最优阻抗匹配，经由传感器本体，即耦合元件，将超声测量信号耦合进管道内或从管道中耦合出。超声换能器的主要部件是至少一个机电换能器，例如，压电元件，其产生和/或接收超声测量信号。所述机电元件与所述传感器本体平齐地连接。优选地，经由粘接层进行连接。

为了能够以限定的角度将声束传送至介质内，所述传感器本体(即耦合元件)具有限定的角度。该角度能够基于斯涅耳折射定律来确定：

其中，具有下列定义：

α_M：介质中从法线到界面的角度；

α_SB：传感器本体中从法线到声波的出射表面的角度。优选地，该角度在本申请人的超声流量测量设备的情况下为38°；

c_SB：声音在传感器本体中的速度；

c_M：声音在介质中的速度。