[发明专利]具有放射元件的超声波换能器

说明书

示出和描述一种用于超声波流量测量设备的超声波换能器，其具有换能器壳体、用于产生和/或用于接收超声波信号的换能器元件和放射元件，其中放射元件由换能器元件至少间接地加载超声波信号并且将超声波信号通过在放射元件的端侧上的端面放射到与超声波换能器相邻的周围环境中，和/或放射元件通过在放射元件的端侧上的端面从周围环境吸收超声波信号并且将超声波信号至少间接地传输到换能器元件上，尽管尺寸微小仍通过如下方式实现良好的方向作用：放射元件通过连接元件与换能器壳体连接，并且在放射元件的在端侧上的圆周上保持自由，使得放射元件能够在圆周上自由振动。

技术领域

本发明涉及一种用于超声波流量测量设备的超声波换能器，所述超声波换能器具有换能器壳体、具有用于产生和/或用于接收超声波信号的换能器元件并且具有放射元件，其中所述放射元件由所述换能器元件至少间接地加载超声波信号并且将所述超声波信号通过在所述放射元件的端侧上的端面放射到与所述超声波换能器相邻的周围环境中，和/或所述放射元件通过在所述放射元件的端侧上的端面从周围环境吸收超声波信号并且将超声波信号至少间接地传输到所述换能器元件上。

背景技术

自长时间以来，所谈到的类型的超声波换能器根据现有技术是公知的。这样的超声波换能器例如被用于距离测量或者也被用于流量测量。流量测量常常以多普勒效应或者以渡越时间差测量为基础。

根据传输介质的物态，在超声波范围内的声学信号的不同的频率可以是特别有利的。这例如与超声波信号的取决于介质的物态的衰减相关联。在气态介质中，愿意使用比在液态介质中更低频率的超声波信号，因为低频超声波信号在气态介质中比更高频的信号更少地被衰减。

要发射或者要接收的超声波信号的频率也对超声波换能器的尺寸有影响。合理的是，超声波换能器在机械上被设计为使得能机械振动的并且被考虑用于信号放射或信号耦合输入的器件、尤其是放射元件在所希望的超声波频率的情况下尽可能地在振动模式的固有频率的范围内进行工作。因此，利用更低的频率来工作的超声波换能器一般具有比利用更高的频率来工作的超声波换能器更大的尺寸。然而，总之设计目标在于实现尽可能节约空间的机械结构。

在很多情况下同样值得期望的是，被发射到介质中的超声波信号由所述超声波换能器尽可能有针对性地反射，因此所述超声波换能器具有尽可能大的方向作用。优选地，信号功率应该以小的空间角度瓣状地（keulenartig）来放射，其中应避免旁瓣。旁瓣和一个宽的主瓣常常与如下缺点有关，在所述主瓣的边缘区域中放射的信号在构件或者管道壁或容器壁上被放射并且干扰真正的有效信号。

发明内容

因此，本发明所基于的任务在于说明一种超声波换能器，所述超声波换能器尽管尺寸微小仍实现良好的方向作用。

在按照本发明的超声波换能器中，该任务首先并且基本上通过如下方式来解决，即放射元件通过连接元件与换能器壳体连接并且在所述放射元件的在端侧上的圆周上保持自由，使得所述放射元件可以在圆周上自由振动。

通过按照本发明的结构措施，即所述放射元件可以在其圆周上自由振动，所述超声波换能器的孔径相对于公知的结构明显被增大。从现有技术公知的是，所述放射元件在其圆周上四周与壳体连接并且因而只能在中央振动，类似于在鼓中的通过圆周在外侧固定的振动薄膜。由于放射元件不再在圆周侧被固定，对于所述放射元件来说可能的是，以其完整的端面来振动，由此整个端面可以同样地有助于超声波产生和放射。由此，在所述端面的大小不改变的情况下并且在不必增大超声波换能器的外径的情况下，所述超声波换能器的有效孔径明显被增大。得到具有明显改善的方向作用的超声波换能器。