CN102879044A

CN102879044A - 超声波换能器壳体结构

Info

Publication number: CN102879044A
Application number: CN2011101988927A
Authority: CN
Inventors: 王江
Original assignee: Shanghai Yinuo Instrument Co Ltd
Current assignee: Shanghai Yinuo Instrument Co Ltd
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2013-01-16

Abstract

一种超声波换能器壳体结构，壳体为圆柱体，两端为内凹的开放端，并设有中心孔，其特征在于，壳体为台阶式圆柱体；在壳体的中部，设置有至少由一组自阻尼板,自阻尼板与外壳为同一材料一体加工而成；自阻尼板与其两侧的壳体之间有间隙。自阻尼板为2～3组；自阻尼板的外形为圆片形，或自阻尼板的两侧表面为波纹形，或自阻尼板的两侧为凹面形。对于发射换能器而言，其自阻尼板的作用是减少，甚至消除外传干扰信号，使之不能传播或少传播出去，对于接收换能器而言，其自阻尼板的作用是减少，甚至消除剩余的外传干扰信号和随机干扰信号，使之不能传播或少传播到接收振动子组件上。

Description

超声波换能器壳体结构

技术领域

本发明是超声波换能器用的壳体，特别涉及对其结构的改进。

背景技术

现在的（气体）超声波流量计，最关键的部件为超声波换能器。其具体工作情况是，当振动子在激励电压激励下，作前后振动运动，并向前产生有用信号和向后产生外传干扰信号（也称有害信号）。该有害信号会传递给与其相连接的发射换能器外壳，再传递到测量管上，然后再随测量管传递到另一对应的接受换能器外壳上，再传递到接受振动子组件上。

声波能量在气体中传播的速度大约为300～600m/s，而在金属中传播的速度大约为3000～6000m/s。有用信号V_o的传播路径是发射换能器和接受换能器之间的直线距离L₁，其途径的介质为测量管中的被测气体；外传干扰信号V₁的传播路径是发射换能器和接受换能器之间金属连接的距离L₂(大约为2倍的L₁)其途径的介质均为金属。所以在有用信号V_o到达接受换能器P002时，外传干扰信号V₁早已达到接受换能器，并已引起接受换能器中接受振动子组件的振动；同时声波能量在气体中衰减率是以几何倍数来衰减的，而声波能量在金属中的衰减率是以算术值来衰减的。也就是说，有害信号（外传干扰信号）不仅比有用信号早到，而且信号强度也要大的多。

另外，管线受外界敲击振动等会引起随机内传干扰信号，同时也随机的加在接受换能器上，因此在有用信号和外传干扰信号、内传干扰信号合成后的信号中，将很难辨认出有用信号。

目前，解决外传干扰信号和内传干扰信号的主要方法是，在换能器的壳体中中，充填一酒杯型的橡胶衬里。该酒杯型橡胶衬里是一种吸振材料。这种结构的超声波换能器壳体，一方面可以降低外传干扰信号内传干扰信号，但同时也会吸收振动子组件在振动时的振动能量，降低了振动效果，减小了有用信号的强度，进而造成到测量数据的准确率降低。

发明内容

鉴于上述已有技术存在的缺点，本发明提供一种改进的超声波换能器壳体结构。

一种超声波换能器壳体结构，壳体为圆柱体，两端为内凹的开放端，并设有中心孔，其特征在于，壳体为台阶式圆柱体；在壳体的中部，设置有至少由一组自阻尼板,自阻尼板与外壳为同一材料一体加工而成；自阻尼板与其两侧的壳体之间有间隙。

本发明是采用一种与换能器外壳同材料一体加工的自阻尼板的方法，来解决V₁（外传干扰信号）和V_2（内传干扰信号）的问题。

本发明的工作原理：换能器在发射情况下，振动子组件在激励电压激励下，作前后振动运动，并向前产生有用信号和向后产生有害信号（外传干扰信号）。由于周围没有吸振材料，所以，其向前的有用信号不会被吸收，而是全部发射出去，射入被测介质中（气体或液体）；途径被测介质后，到达另一端的换能器中；与此同时，由于发射振动子组件作前后振动运动时，同时产生向后的有害信号（外传干扰信号），该信号途径换能器外壳的自阻尼板时，其声波能量将使自阻尼板发生振动（摆动），这种振动（摆动）运动，将大量消耗（吸收）外传干扰信号的能量，产生消振效果，从而达到减少，甚至消除外传干扰信号的目的。

同时，当管线受外界敲击振动等引起的随机干扰信号即内传干扰信号时，该随机干扰信号也将沿着外传干扰信号的逆向路径，通过换能器外壳的自阻尼板到达振动子组件。同理，内传干扰信号也将在自阻尼板中被大量消耗（吸收），只有很少的到达换能器中的振动子组件。

对于发射换能器而言，其自阻尼板的作用是减少，甚至消除外传干扰信号，使之不能传播或少传播出去，

对于接收换能器而言，其自阻尼板的作用是减少，甚至消除剩余的外传干扰信号和随机干扰信号，使之不能传播或少传播到接收振动子组件上。

自阻尼板的消振效果与下列因素有关：

1：自阻尼板的片数越多，其消耗（吸收）的外传干扰信号和内传干扰信号能量就越多，消振效果就越好，但太多的片数，虽然消振效果好，不过其加工和成本又是新的问题，经过大量的实验和计算，自阻尼板的片数以2到3片即可。

: 2：自阻尼板的内、外径比=d/D，d/D值越小，消振效果就越好，太小不易加工，且容易发生断裂，所以以d/D=0.3～0.4之间为好。

3、自阻尼板的径厚比=d/h， d/h值越大，消振效果就越好，但太大不易加工，且容易发生断裂，所以以d/h=3～4之间为好。

4、自阻尼板的形状可以有多种，即自阻尼板的外形为圆片形，或自阻尼板的两侧表面为波纹形，或自阻尼板的两侧为凹面形。

附图说明

附图1是本发明结构示意图。

附图2是平板自阻尼板结构示意图。

附图3是波纹自阻尼板结构示意图。

附图4是凹面自阻尼板结构示意图。

附图5是图2的A-A剖面左视图。

附图6是本发明在超声波换能器使用状态结构示意图。

1壳体、2自阻尼板、21平板自阻尼板、22波纹自阻尼板、23凹面自阻尼板、3超声波换能器。

具体实施方式

实施例1

一种超声波换能器壳体结构，壳体为圆柱体，两端为内凹的开放端，并设有中心孔；壳体为台阶式圆柱体；在壳体的中部，设置有2组自阻尼板,自阻尼板与外壳为同一材料一体加工而成；自阻尼板与其两侧的壳体之间有间隙。自阻尼板采用平板自阻尼板，即自阻尼板的外形为圆片形。

自阻尼板的内径d与外径的比值=d/D=0.3～0.4；自阻尼板的内径d与板厚h的径厚比=d/h=3～4；自阻尼板之间的间隙δ为3倍板厚h。

实施例2

一种超声波换能器壳体结构，采用波纹自阻尼板，即自阻尼板的两侧表面为波纹形，所述的波纹形自阻尼板，波纹比h / H1 =1.5～2；波纹率为n /（D-d）；

d为阻尼板的内径；

D为阻尼板的外径；

h为波纹形自阻尼板厚度；

H1为板厚度与两侧波纹厚度之和；

N为波纹个数。

波纹可增加声波能量的吸收，从而提高阻止声波能量外传的能力，和提高阻止干扰信号内传的能力。

其他结构同实施例1。

实施例3

一种超声波换能器壳体结构，采用凹面自阻尼板，即自阻尼板的两侧为凹面形。

所述的凹面形自阻尼板凹面的曲率半径ρ=50～200。以增加声波能量的吸收，从而提高阻止声波能量外传的能力，和提高阻止干扰信号内传的能力

其他结构同实施例1。

Claims

1. 一种超声波换能器壳体结构，壳体为圆柱体，两端为内凹的开放端，并设有中心孔，其特征在于，壳体为台阶式圆柱体；在壳体的中部，设置有至少由一组自阻尼板,自阻尼板与外壳为同一材料一体加工而成；自阻尼板与其两侧的壳体之间有间隙。

2.按照权利要求1所述的超声波换能器壳体结构，其特征在于，自阻尼板为2～3组；自阻尼板的外形为圆片形，或自阻尼板的两侧表面为波纹形，或自阻尼板的两侧为凹面形。

3.按照权利要求1或2所述的超声波换能器壳体结构，其特征在于，自阻尼板的内径d与外径的比值=d/D=0.3～0.4；自阻尼板的内径d与板厚h的径厚比=d/h=3～4；自阻尼板间隙δ为3倍板厚h。

4.按照权利要求3所述的超声波换能器壳体结构，其特征在于，所述的波纹形自阻尼板，波纹比h/H1=1.5～2；波纹率n /（D-d）；

d为阻尼板的内径；

D为阻尼板的外径；

h为波纹形自阻尼板厚度；

H1为板厚度与两侧波纹厚度之和；

N为波纹个数。

5.按照权利要求3所述的超声波换能器壳体结构，其特征在于，所述的凹面形自阻尼板凹面的曲率半径ρ=50～200。