[发明专利]用于非侵入测量的换能器

说明书

本发明涉及一种用于非侵入测量的换能器（10）。换能器包括压电元件（20）、基板（30）以及驱动器电子器件（40）。压电元件安装到基板的第一面（50）。基板的第二面（60）配置成安装到器皿的壁（70）。器皿配置成保存液体。驱动器电子器件配置成在多个激活频率处驱动压电元件。当基板的第二面安装到器皿的壁时，换能器在被激活时配置成在基板中激励声波并且将声波发出到液体中。换能器被配置使得被发出到液体中的声波的角发散度至少随着激活频率和发射器尺寸而变化。

技术领域

本发明涉及用于非侵入（non-invasive）测量的换能器（transducer）及相关联的非侵入测量方法、用于非侵入测量的换能器系统及相关联的非侵入测量方法。

术语“换能器”在此并且贯穿本文档用于包括发送器（有时也被称为发射器）和接收器两者；在本文档的上下文中的换能器是能够生成并且接收信号的单元。

背景技术

各种声传感器应用要求控制包括束（beam）发散度（divergence）的某些束参数。能够使用由相移的电信号驱动的压电阵列，以便控制声束的发散度。利用束发散度的应用包括声级和流量测量，所述声级和流量测量要求沿换能器平面的法线方向被辐射的声束的发散度控制。为了跨罐（tank）测量声音速度，要求具有低发散度的束，以便甚至在大的传播距离处维持声信号的强度。形成对照的是，为了通过罐底或竖直声音速度校准方案而进行水平测量，具有更高的发散度的束可以是期望的，其允许灵活地将换能器定位于圆形底部以及将相同的换能器应用于圆锥形底的罐上的各种开度角（opening angle）。类似考虑适用于声流量测量，其中分别针对声音速度校准和流量测量而要求低和高发散度束。结果，要求声换能器，以生成不同的角发射图案（pattern）。为了满足这些要求，已提出使用具有多个压电元件的压电阵列的声换能器——参见US2007/0276237A1、WO2016/134005A1和WO2016/180636A1。使被激活的元件的数量以及激励信号的振幅和相位变化能够实现束的辐射特性的控制。尽管这些换能器理想地适合于生成几乎任意的束剖面（profile），但该技术与高复杂性（并且因而昂贵）电子器件和布线方案相关联——参见US005121361A。备选地，复杂定位机构用于通过使具有预设辐射特性的适当换能器部位与目标对象接触来设置束发散度——参见GB2012957A。另外，能够利用典型地表现出更高的声损失的无源束成形系统——参见US005243567A和RU2104618C1。

需要有提供用于非侵入测量的改进技术。

发明内容

因此，将有利的是，具有用于非侵入测量的改进换能器和改进非侵入测量方法。

本发明的目标利用独立权利要求的主题来解决，其中另外的实施例合并于从属权利要求中。应当注意到，本发明的下文描述方面还适用于用于非侵入测量的换能器、用于非侵入测量的换能器系统并且适用于非侵入测量方法。

在第一方面，提供有一种用于非侵入测量的换能器，包括：

-压电元件；

-基板；以及

-驱动器电子器件。

压电元件安装到基板的第一面。基板的第二面配置成安装到器皿（vessel）的壁。术语“器皿”在此并且贯穿本文档在宽泛的含义上使用，不限于封闭容器，而是还包括至少部分地开放的容器，并且还包括配置成包含或引导任何种类的介质（诸如，所有种类的液体、液化固体或气体）的管或管道或管线。器皿配置成包含液体。驱动器电子器件配置成在多个激活频率处驱动压电元件。当基板的第二面安装到器皿的壁时，换能器在被激活时配置成在基板中激励声波并且将声波发出到液体中。换能器被配置使得被发出到液体中的声波的角发散度至少随着激活频率和发射器尺寸而变化。换而言之，换能器使用不同的激活频率，以便生成具有不同角图案的声束；尤其是改变例如由声音信号的振幅围绕某一方向下降至最大振幅的50%所处于的角而定义的所发射的声音束的角发散度。