[发明专利]使用宽带系统响应的超声波换能器系统及方法

说明书

一种换能器系统(10)具有换能器(TR₁)及用于在激励周期期间施加波形以激励所述换能器的电路(14)。施加电路(42)还包括用于在所述激励周期期间变更所述波形的频率的电路。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张标题为“用于具有未知或变化的系统响应的重度衰减传播介质中的流量测量的超声波换能器的宽带激励(BROADBAND EXCITATION OF ULTRASONICTRANSDUCERS FOR FLOW MEASUREMENTS IN HEAVILY ATTENUATED PROPAGATION MEDIUMWITH UNKNOWN OR CHANGING SYSTEM RESPONSES)”且在2015年10月21日申请的美国临时专利申请案62/244,413的优先权、其申请日期的权利且特此将其以引用方式并入本文中。

有关美国联邦资助研究或开发的声明

不适用。

技术领域

背景技术

优选实施例涉及超声波换能器，且更特定来说涉及一种将宽带激励脉冲频率用于此些换能器的系统及方法。

已知在所属技术领域中超声波换能器是用于传输超声波及检测经传输波的反射或回波。此些装置有时也称为超声波(ultrasound或ultrasonic)换能器或收发器。超声波换能器具有无数用途，包含水表及气体流量表、消费型装置、车辆安全性及医疗诊断。在此些及其它领域中，可处理由换能器检测的信号以确定距离，其可与方向或区域处理进一步组合以确定流量、体积、形状以及与二维及三维处理(包含图像处理)有关的方面。

在现有技术中，在各种方案(包含机械、电磁及超声波学)中实施流量表(例如，水或气体)。用于此些表的现有技术包含具有旨在彼此之间传达信号的两个超声波换能器的系统，其中信号横越管道内的通道。通常，经施加脉冲(或一系列脉冲)激励两个换能器中的第一者，其产生由换能器中的第二者在被测量为第一飞行时间(TOF)的特定时间量之后接收的波形。然后使过程反转，借此将一个或多个脉冲施加于第二换能器，造成由第一换能器接收波形，其中在此经反转过程中测量得到第二TOF。第一及第二TOF以及TOF差确定在换能器之间的传播介质(且因此，沿换能器定位于其中的介质)的流动速度。然而，出于精确目的，确定TOF的准确度可至关重要，同时在实现所要准确度时平衡效率考虑通常也是重要考虑。

准确地测量TOF依赖于众多因素，包含在TOF测量期间两个方向中的每一者上的经充分激发且经检测的波形。为此目的，在所属技术领域中已知，换能器系统具有共振频率，且通过接近此共振频率或在此共振频率下激励换能器系统而改善准确度，所述共振频率通常在相当窄带宽内。然而，关键难处在于共振频率可未知或变更。例如，系统共振频率可基于传播介质的温度、杂质或组成、沉淀、沉积或换能器的老化及因不同制造商之间或甚至来自相同制造商的换能器可变性而改变。此外，一旦在现场部署流量表，那么不断地监测此些变更及调整激励脉冲频率就变得愈加困难。此外，在初始制造期间设置每一个别系统的静态激励频率可为成本高昂的，且一旦在现场部署所述系统，就未必可靠(此后系统共振频率可暂时性地或永久性地变更，在此情况下静态出厂设置可不再最优地产生共振回波及准确TOF确定)。

给定前文论述，本发明者寻求对现有技术进行改善，如下文进一步详述。

发明内容

在优选实施例中，存在一种换能器系统。所述系统包括换能器及用于在激励周期期间施加波形以激励换能器的电路。施加电路还包括用于在激励周期期间变更波形的频率的电路。

还揭示及主张众多其它发明方面。

附图说明

图1说明流量表换能器系统的图。

图2说明图1的流量表换能器系统的激励及响应波形的序列图。