專利名稱：一種小盲區(qū)超聲波探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物位計(jì)用超聲波探頭，屬于物位測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景物位計(jì)用于測(cè)量各種容器內(nèi)的液體液位或固體料位，或者用于距離的測(cè)量。
現(xiàn)有的用于物位測(cè)量的超聲波物位計(jì)所使用的超聲波探頭的常見基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。超聲波探頭由外殼和封裝在外殼內(nèi)的夾心式換能器構(gòu)成，夾心式換能器有前后兩個(gè)電極，中間為壓電晶體，換能器通過(guò)其電極或壓電晶體與探頭外殼固定在一起，超聲波探頭的安裝固定位置選擇在探頭外殼的側(cè)面中部或后部，安裝結(jié)構(gòu)通常為殼體側(cè)面的外螺紋或法蘭盤。有的換能器的側(cè)面或后部粘附有阻尼材料，在殼體內(nèi)余下的空間放置有吸聲材料。在換能器前電極前面與換能器前電極固定在一起的探頭前端部分又稱為過(guò)渡層，過(guò)渡層能夠使換能器產(chǎn)生的一定頻率的超聲波有效地向外傳播出去，同時(shí)將相同頻率的由探頭外部傳播過(guò)來(lái)的超聲波有效地過(guò)渡到換能器上。
超聲波物位計(jì)在主動(dòng)發(fā)射超聲波時(shí)不能同時(shí)分辨反射回波，同時(shí)探頭在主動(dòng)發(fā)射完超聲波后還存在一定時(shí)間長(zhǎng)度的余振，當(dāng)余振較強(qiáng)時(shí)也無(wú)法分辨反射回波，因此在從探頭表面向下開始的一段距離之內(nèi)無(wú)法檢測(cè)物位，這段距離為盲區(qū)。通常認(rèn)為超聲波探頭的余振是超聲波換能器自身的余振，這部分余振是通過(guò)在換能器側(cè)面或后面附著阻尼材料來(lái)進(jìn)行降低，這是現(xiàn)有的超聲波探頭降低盲區(qū)的主要處理方法。
由于盲區(qū)的存在，同時(shí)上述探頭因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)側(cè)面中后部的螺紋或法蘭盤進(jìn)行安裝的，當(dāng)用于測(cè)量容器內(nèi)的液體液位或固體料位時(shí)，探頭前面部分要深入被測(cè)容器法蘭口中，這相當(dāng)于又增加了探頭的盲區(qū)，使得物位計(jì)的有效測(cè)量范圍減小，容器內(nèi)的料位或液位升得較高時(shí)，無(wú)法檢測(cè)到，這在很多情況下是不允許的，不能滿足物位測(cè)量的需要。如西門子公司的PROBE-5米型超聲波物位計(jì)其盲區(qū)為25厘米，其他公司的同類產(chǎn)品的盲區(qū)多數(shù)在30厘米左右。
本實(shí)用新型提出了對(duì)上述超聲波探頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案，能夠有效降低超聲波探頭的盲區(qū)，更加符合實(shí)際的需要。
實(shí)用新型內(nèi)容通常認(rèn)為上述結(jié)構(gòu)的超聲波探頭的余振主要是超聲波換能器自身的余振，這部分余振主要通過(guò)在換能器側(cè)面或后面附著阻尼材料來(lái)處理；而實(shí)際上還有另一個(gè)重要的余振來(lái)源，即換能器前端的過(guò)渡層，當(dāng)其向外主動(dòng)輻射完超聲波后，其余振也是存在的，對(duì)探頭盲區(qū)的大小也是有一定影響的，但對(duì)過(guò)渡層這部分余振沒(méi)有得到認(rèn)識(shí)，沒(méi)有進(jìn)行有效處理。本實(shí)用新型則是對(duì)過(guò)渡層余振進(jìn)行了有效處理，從而使探頭盲區(qū)有了進(jìn)一步的降低。
在本實(shí)用新型中，我們?cè)谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)的超聲波探頭的夾心式換能器前端過(guò)渡層上安裝有阻尼材料，阻尼材料可以安裝在過(guò)渡層的前表面、后表面，或者安裝在過(guò)渡層的側(cè)面位置，也可以安裝在過(guò)渡層的內(nèi)部。阻尼材料通常做成圓環(huán)形，以便于進(jìn)行安裝，通?？梢赃x擇橡膠作為阻尼材料，如丁腈橡膠。當(dāng)阻尼材料需要安裝在過(guò)渡層的前表面時(shí)，安裝位置最好為前表面的邊緣處，阻尼材料可為較細(xì)的橡膠圓環(huán)，這樣能夠避免對(duì)有用聲波的阻擋。當(dāng)阻尼材料需要安裝在過(guò)渡層的內(nèi)部時(shí)，安裝位置最好選擇為靠近外側(cè)。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是在超聲波探頭的過(guò)渡層上安裝有阻尼材料，超聲波探頭的其他結(jié)構(gòu)可以不作任何改變，但可以取得良好的減振效果。
單純地增加換能器的阻尼，會(huì)降低向外輻射的能量，使物位計(jì)的有效量程降低，而采用本實(shí)用新型，向外輻射的有效能量不會(huì)降低，但減振效果明顯，超聲波探頭的盲區(qū)得到進(jìn)一步降低，如一個(gè)盲區(qū)為30厘米的超聲波探頭，采用上述新結(jié)構(gòu)處理，其盲區(qū)可降為20厘米或更低。


圖1為現(xiàn)有超聲波探頭基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型具體實(shí)施例一基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型具體實(shí)施例二基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型具體實(shí)施例三基本結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)用新型的三個(gè)具體實(shí)施例。
實(shí)施例一如圖2所示，本實(shí)施例中，夾心式換能器安裝在聚砜塑料殼體(2)內(nèi)，殼體(2)的外徑為56毫米，高度為120毫米，夾心式換能器由前電極(7)、壓電晶體(8)和后電極(9)組成，夾心式換能器外徑為36毫米，諧振頻率為55千赫，前電極(7)的前端為過(guò)渡層(5)，過(guò)渡層(5)的材質(zhì)為聚砜塑料，過(guò)渡層(5)與殼體(2)通過(guò)注塑成型成為一體，后電極(9)上粘附有阻尼材料生橡膠(10)，生橡膠(10)厚度為2毫米，前電極(7)與過(guò)渡層(5)粘接之后再通過(guò)環(huán)氧樹脂(6)澆注，阻尼橡膠圈(4)粘接在過(guò)渡層(5)的前表面外邊緣處，橡膠圈(4)的材質(zhì)為丁腈橡膠，橡膠圈(4)截面為半圓形，截面半徑為1.3毫米，殼體(2)內(nèi)部余下空間由吸聲材料海綿(3)填充，殼體(2)的側(cè)面后端為安裝用外螺紋(1)。
實(shí)施例二如圖3所示，本實(shí)施例中，夾心式換能器安裝在聚砜塑料殼體(2)內(nèi)，殼體(2)的外徑為56毫米，高度為120毫米，夾心式換能器由前電極(7)、壓電晶體(8)和后電極(9)組成，夾心式換能器外徑為36毫米，諧振頻率為55千赫，前電極(7)的前端為聚砜塑料層(5)，聚砜塑料層(5)與殼體(2)前端通過(guò)粘結(jié)成為一體形成過(guò)渡層，前電極(7)與聚砜塑料層(5)粘接之后再通過(guò)環(huán)氧樹脂(6)澆注，后電極(9)上粘附有阻尼材料生橡膠(10)，生橡膠(10)厚度為2毫米，阻尼橡膠圈(4)安置在過(guò)渡層的內(nèi)部，橡膠圈(4)的材質(zhì)為丁腈橡膠，橡膠圈(4)的厚度為1.6毫米，寬度為6毫米，殼體(2)內(nèi)部余下空間由吸聲材料海綿(3)填充，殼體(2)的側(cè)面后端為安裝用外螺紋(1)。
實(shí)施例三如圖4所示，本實(shí)施例中，夾心式換能器安裝在聚砜塑料殼體(2)內(nèi)，殼體(2)的外徑為56毫米，高度為120毫米，夾心式換能器由前電極(7)、壓電晶體(8)和后電極(9)組成，夾心式換能器外徑為36毫米，諧振頻率為55千赫，前電極(7)的前端為過(guò)渡層(5)，過(guò)渡層(5)的材質(zhì)為聚砜塑料，過(guò)渡層(5)與殼體(2)通過(guò)注塑成型成為一體，前電極(7)與過(guò)渡層(5)粘接之后再通過(guò)環(huán)氧樹脂(6)澆注，后電極(9)上粘附有阻尼材料生橡膠(10)，生橡膠(10)厚度為2毫米，過(guò)渡層(5)的外側(cè)為阻尼橡膠圈(4)，橡膠圈(4)的材質(zhì)為丁腈橡膠，橡膠圈(4)的厚度為1.5毫米，寬度為7毫米，殼體(2)內(nèi)部余下空間由吸聲材料海綿(3)填充，殼體(2)的側(cè)面后端為安裝用外螺紋(1)。
權(quán)利要求1.一種物位計(jì)用超聲波探頭，由夾心式換能器及殼體構(gòu)成，夾心式換能器通過(guò)其電極或壓電晶體與探頭外殼固定在一起，夾心式換能器前電極與探頭前端過(guò)渡層固定在一起，超聲波探頭的安裝固定位置在探頭側(cè)面中部或后部，其特征是在過(guò)渡層上安裝有阻尼材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的超聲波探頭，其特征是在過(guò)渡層的前表面或后表面上安裝有阻尼材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的超聲波探頭，其特征是在過(guò)渡層的內(nèi)部安裝有阻尼材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的超聲波探頭，其特征是在過(guò)渡層的外側(cè)面上安裝有阻尼材料。
專利摘要一種物位計(jì)用超聲波探頭，由夾心式換能器及外殼構(gòu)成，夾心式換能器前電極與過(guò)渡層構(gòu)成一體，超聲波探頭的安裝固定位置在探頭側(cè)面中部或后部，其特征是在過(guò)渡層上安裝有阻尼材料。阻尼材料可以安裝在過(guò)渡層的前表面、后表面，或者安裝在過(guò)渡層的側(cè)面位置，也可以安裝在過(guò)渡層的內(nèi)部。阻尼材料通常做成圓環(huán)形，以便于進(jìn)行安裝，阻尼材料通常為軟性橡膠。采用上述結(jié)構(gòu)的超聲波探頭具有較小的盲區(qū)，更具實(shí)用性。
文檔編號(hào)G01F23/296GK2708270SQ20042007421
公開日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者董志偉 申請(qǐng)人:董志偉