[发明专利]具有用于减小失真的扩张段的超声高度检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高度(level，水平)检测装置，且具体地但非 唯一地涉及液面的高度检测装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种高度检测装置，当需要在管子内进行 高度测量时，其减小了反射声波波形的失真。

考虑到该目的，本发明提供了一种高度检测装置，其包括：管 子，在使用时，该管子含有一物料，该物料在管子内的高度待测量； 超声换能器，位于所述管子的一端处，用于发射声波，该声波在所 述高度的表面处反射并返回到所述超声换能器，从而允许根据所述 发射的声波与返回的声波的时间间隔来计算所述高度；位于所述管 子内的扩张段，该扩张段从邻近所述超声换能器处朝向所述管子的 位于所述高度上方的内壁发散(diverge)开来，因而在使用时，所 测量的反射波的波形由于所述扩张段而具有显著减小的信号失真。

优选地，所述管子的横截面是圆形，且所述扩张段呈锥形。

在优选实施例中，所述扩张段的自由端与所述管子的内表面接 触。

附图说明

从下面结合附图的详细说明中，本发明优选实施例的结构和功 能特征将变得更显而易见，附图中：

图1是用于确定敞开环境中水位的现有技术超声换能器的侧视 图，其中示出了其产生的声波；

图2是类似于图1的视图，但示出的超声换能器位于封闭管内 且示出了其产生的声波；

图3是类似于图2的视图，但其示出了按照本发明制造的高度 检测装置及其产生的声波；

图4示出了使用图3中的高度检测装置来测量敞开通道的高 度；

图5是类似于图4的视图，其示出了使用图3中的高度检测装 置来测量封闭罐中的高度；

图6示出了使用和未使用本发明所获得的曲线；

图7a是图3中所示高度检测装置的侧视图；

图7b是图7a中所示高度检测装置的纵向截面图，其示出了拆 开的各构件；

图8a是高度检测装置的透视截面图，其示出了图7b中箭头8b 所指区域；

图8b是图8a的纵向截面图；

图8c是沿着图7b中箭头8c-8c的方向并在该方向上的横截面 图；

图8d是沿着图7b中箭头8d-8d的方向并在该方向上的横截面 图；

图8e是沿着图7b中箭头8e-8e的方向并在该方向上的横截面 图；

图9a是类似于图8a的视图，其示出了按照本发明制造的高度 检测装置的第二实施例；

图9b是图9a的纵向截面图；

图10a是类似于图9b的视图，其示出了按照本发明制造的高 度检测装置的第三实施例；以及

图10b是类似于图9b的视图，其示出了按照本发明制造的高 度检测装置的第四实施例。

具体实施方式

为了避免重复说明，在整个阐明的实施例中，适当之处使用相 同的参考标号来指出类似的整体。

在图1中示出了现有技术，其中超声换能器10连接到支架12 上从而测量到表面14的距离，无论该表面是固态的、液态的或气 态的。超声换能器10典型地是压电晶体。该压电晶体用周期性的 高压信号激励，这使得晶体膨胀，且这样一来产生声波。从压电晶 体发出的声波16以声速朝向表面行进。声波从反射表面14反射。 反射的声波18返回到压电晶体，这里压电晶体将反射的声波18转 换为电压，该电压被电子装置(未示出)采样并转换为声波的数值 表示。然后对反射声波的数值表示和激励信号的数值表示进行分 析。测量激励信号与接收的声波信号间的时间间隔。该时间间隔乘 以声速从而确定压电晶体与反射表面14间的距离。在图1所示的 敞开环境中，周围环境没有使传递的声波波形失真。图1中的曲线 示出了未失真的波形。该未失真的声波波形具有上升的正弦曲线的 形状。其是振幅随每个相继周期增加的正弦信号。

遗憾的是，并不是所有测量都能在敞开环境中进行。图2示出 了类似的布置，但测量必须在管子20内进行。在该封闭环境中使 用声学测量已被证明是困难的。当压电晶体10位于封闭管子20内 时，所采样的反射声波波形失真。波形不再具有上升的正弦曲线的 形状。正弦信号振幅不再随每个相继周期增加。图2中的曲线示出 了失真的声波波形的例子。反射声波波形的形状随压电晶体10与 反射表面14间距离改变。反射声波波形不再有可预测的形状。