[发明专利]超声换能器、超声流量计和超声填充水平计

说明书

本发明涉及一种用于测量和自动化技术的超声换能器(1)，其具有至少一个换能器元件(20)，以发射或接收超声信号；并且包括匹配元件(10)，其声学地耦合到所述换能器元件，所述匹配元件被设计成确保所述换能器元件与作用在所述匹配元件上的介质之间的声学匹配，其中所述匹配元件在轴向范围的第一子区域(T1)中部分地填充所述匹配元件的每个横截面，其中沿着所述第一纵轴在所述第一子区域中的填充组件在所述第一侧的方向上单调增加，其中所述匹配元件在所述第一子区域中具有多个环形元件(11)，所述环形元件被布置成围绕所述第一纵轴同心地布置，并且其中在所述第一子区域中，每个环形元件部分地填充每个横截面，其中所述第一子区域包括沿所述第一纵轴的所述匹配元件轴向范围的至少80％。

技术领域

本发明涉及一种用于确定或监测被测变量的测量和自动化技术的超声换能器。

背景技术

超声换能器长期以来一直是最先进的技术，并且需要对于技术要求和总体改进不断调整。超声换能器和与超声换能器相互作用的介质的声学匹配对于良好的发射和接收性能很重要。通过声学匹配，例如，减少了在界面介质超声换能器上反射的超声信号能量在总能量中的比例，这提高了发射和接收效率。同时，这种匹配对信噪比具有积极影响，因为反射的信号分量由于其较低能量而具有较少干扰作用。

专利公开DE102009046862A1提出了一种超声流量计的超声换能器的耦合元件，其确保了超声换能器与介质的声学匹配。该耦合元件具有大量的成束杆，这些杆在一端朝着介质逐渐变细，其中，逐渐变细负责声学匹配。所提出的解决方案的缺点在于杆束的机械稳定性低以及在杆的纵轴的方向上的延伸。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种具有紧凑且机械鲁棒的耦合元件的超声换能器，以及一种利用这种超声换能器的超声测量装置。

该目的通过根据本申请所要求保护的超声换能器、根据本申请所要求保护的超声流量计以及根据本申请所要求保护的超声测量装置实现。

一种根据本发明的用于确定或监测被测变量的测量和自动化技术的超声换能器，包括：

至少一个换能器元件，尤其是压电换能器元件，其用于发射或接收超声信号；

匹配元件，其声学地耦合到换能器元件，并且带有朝向换能器元件的第一侧和背离换能器元件的第二侧，其中匹配元件被配置成确保换能器元件与作用在匹配元件上的介质之间的声学匹配，

其中，匹配元件具有第一纵轴和相对于第一纵轴的轴向范围，

并且其中匹配元件被配置成在匹配元件的第一侧和第二侧之间发射超声信号，反之亦然，

其中匹配元件在轴向范围的第一子区域中部分地填充匹配元件的每个横截面，其中沿着第一纵轴在第一子区域中的填充组件在第一侧的方向上单调增加，

其中匹配元件在第一子区域中具有围绕第一纵轴同心地布置的多个环形元件，

并且其中在第一子区域中，每个环形元件部分地填充每个横截面，

其中第一子区域包括匹配元件沿第一纵轴的轴向范围的至少60％，特别是至少80％。

填充组件的单调增加确保了匹配元件的第一侧和匹配元件的第二侧之间的阻抗匹配。每个环形元件在整个第一子区域上延伸的事实使得能够实现匹配元件的紧凑结构。未被环形元件填充的体积可由气体、液体或另一固体填充。该体积中还能够布置低压或真空。

由此，至少环形元件由以下列表中的至少一种材料制成：诸如不锈钢或钛的金属、玻璃、陶瓷。

在一个配置中，在朝向第二侧并且终止第二侧的轴向范围的第二子区域中，匹配元件将匹配元件的横截面填充到至少90％，特别是至少95％，优选地至少97％。