CN103547918A - 超声波传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定介质特性的设备，所述设备具有：载体（2），所述载体能够与介质（3）形成接触；设置在载体（2）上的、用于在载体（2）中激发声波（A）的至少一个发射器（4）；设置在载体（2）上的、用于接收声波（A，A’）的至少一个接收器（5），所述声波源自借助于发射器（4）在载体（2）中激发的波（A）；设置在载体（4）上的第一材料区域（61）；和设置在载体（4）上的第二材料区域（62），其中将第二材料区域（62）实现为，使得其与第一材料区域（61）相比更强地吸收具有在载体（2）中激发的声波（A）的频率的音波。本发明也涉及一种用于制造这种设备的方法。

Description

超声波传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于确定介质特性的设备以及一种根据权利要求18所述的用于制造这种设备的方法。
背景技术
用于去检测液态或气态介质的特性（例如温度或组成成分）的音波在现有技术中已知。例如，WO2008/034878中公开一种用于在邻接于要研究的介质处的载体中激发表面音波的设备，其中借助于表面音波确定介质的物理特性和/或化学特性。
发明内容
本发明所基于的问题在于，提供一种用于确定介质特性的设备，所述设备能够实现尽可能有效地检验介质。此外，应当提供一种用于制造这种设备的方法。
所述问题通过具有根据权利要求1所述的特征的设备以及通过具有根据权利要求18所述的特征的方法来解决。本发明的改进形式在从属权利要求中说明。
据此，提供一种用于确定介质特性的设备，所述设备具有：
-载体，所述载体能够与介质形成接触；
-设置在载体上的、用于在载体中激发声波的至少一个发射器；
-设置在载体上的、用于接收声波的至少一个接收器，所述声波源自借助于发射器在载体中所激发的声波；
-设置在载体上的第一材料区域；以及
-设置在载体上的第二材料区域，其中将第二材料区域实现为使得其与第一材料区域相比更强地吸收具有在载体中所激发的声波的频率的音波。
第一和第二材料区域尤其用于：抑制或者至少减少音波沿不期望的方向传播进而抑制或者至少减少例如在设备的其他结构部上的反射从而抑制或者至少减少接收信号中的回声。此外，能够衰减外部的干扰，所述干扰提高接收信号的信噪比和/或将接收信号与介质特性的相关性线性化。此外，第一和第二材料区域能够使设备机械稳定并且例如也能够克服在载体上和/或反射器上或者接收器上的形成沉积物。
发射器尤其构成为，使得其在载体中激发例如呈兰姆波形式或呈兰姆波和瑞利波组成的混合形式的形式的表面声波。例如，在载体中产生表面声波脉冲。在载体中所激发的表面声波部分地从载体中耦合输出到介质中，也就是说，进行从载体中传播的表面声波到介质中的体音波中的转换。相反，在介质中所激发的体音波部分地再次向回转换成载体中的表面音波，所述表面音波然后能够借助接收器来记录。然而，在载体中所激发的表面声波的一部分也直接地在载体中传播至接收器并且在那里被检测到。然而也能够考虑的是，借助于接收器在载体中不激发或者至少不仅仅激发表面音波，而是通常激发具有例如纵向分量（沿着载体）和横向分量（垂直于载体）的音波。还可行的是，在载体中激发纯的纵向波。
此外，两个材料区域中的至少一个能够实现为，使得有助于从载体中所激发的音波到介质中的体音波的转换，也就是说，载体中的音波的与这在不具有材料区域的情况下相比将更大的份额耦合输出到介质中。特别地，材料区域构成为，使得一方面第一材料区域有助于将音波从载体耦合输入到介质中，并且另一方面通过更强地吸收的第二材料区域衰减沿远离介质的方向从载体中耦合输出。
此外，尤其能够将第一材料区域构成为，使得其有助于激发特定类型的音波，即具有特定的纵向分量和横向分量的音波。例如，第一材料区域和/或第二材料区域构成为，使得优选地在载体中激发表面波或者蠕波。也能够考虑的是，第一和/或第二材料区域构成为，使得在载体中以第一频率（或者第一频率范围）激发第一波类型（例如表面波）并且以第二频率（或者第二频率范围）激发第二波类型（例如蠕波）。
此外根据本发明的一个改进形式，第一材料区域实现为，使得其与第二材料区域相比更强地反射具有在载体中所激发的波的频率的音波。特别地，高反射的第一材料区域至少分段地设置在载体和第二材料区域之间，其中这两个材料区域尤其设置在载体的在设备运行时背离待检验的介质的一侧上。因此特别地，高反射的第一材料区域克服声波从载体经由载体的背离介质的表面逸出，并且尤其如上面提及的那样与第二材料区域相比更强地有助于将波过临界耦合到介质中，也就是说，有助于在载体中所激发的声波到介质中的体音波的转换。
可行的是，与以第二频率范围相比，第一材料区域以第一频率范围更强地反射音波，使得与以第二频率范围相比，以第一频率范围将在载体中所激发的音波的更大份额过临界耦合到介质中，也就是说与频率相关地实现将载体中的音波转换成体音波或者改变（例如加强）频率相关性，如这在上面已经提及的。也能够通过第一材料区域的反射性能的频率相关性实现在载体中的特定的波类型的与频率相关的激发，如这在上面同样已经提及的。
由接收器所检测到的声波的特性，即一方面为通过体音波再转换而形成的表面音波的或者另一方面直接在载体中从发射器传播至接收器的表面音波的特性与介质特性（例如其组成成分、质量密度和/或温度）相关。相应地，（电）接收信号也与介质特性相关，使得通过分析接收信号能够确定介质的特性。特别地，在接收器上传播的表面音波的振幅和运行时间（进而接收信号的振幅和时间性能）与介质特性相关。
因此，根据本发明的设备为传感器，所述传感器尤其能够用于确定液体和/或软材料（例如生物组织或凝胶）形式的介质特性。然而也能够考虑的是，使用用于确定呈气体形式的介质的特性的设备。例如，将该设备部分地或者完全地沉入到介质中，或者与用介质填充的储存器或被介质穿流的管道连接，使得介质能够流动穿过设备。借助根据本发明的设备能够连续地跟踪介质特性，以便确定时间相关的特性（“监控”）。此外，对介质的空间非均匀分布的特性进行位置分辨的测量是可行的。
设备的载体尤其具有第一表面，所述载体借助所述第一表面能够与介质形成接触，并且载体具有背离第一表面的第二表面，其中例如发射器以及第一材料区域和第二材料区域均设置在第二表面上。然而也可行的是，发射器位于第一表面上并且还有第一和/或第二材料区域的至少一个子区域同样设置在第一表面上。
载体例如为基本上平坦的（板式的）、尤其至少基本上刚性的结构，其中载体也能够由多个子元件、例如多个彼此间隔开的板构成。当然，载体也能够一件式地成形。
此外能够考虑的是，载体为立体结构，例如为空心圆柱体。在载体作为空心圆柱体的设计方案中，载体构成侧表面，所述侧表面对可用待检验的介质填充的内部体积进行限界。
此外，载体本身的邻接于介质的部段能够具有空腔，在所述空腔中存在发射器和/或接收器。因此，例如在将载体构成为空心圆柱体的情况下能够具有空心圆柱体的壁或者在板作为载体的情况下，所述板具有空腔。例如，通过载体的部段构成的空腔通过内壁和外壁限界，所述内壁在设备运行时借助内侧与介质物理接触，所述外壁构成设备的外侧。此外能够考虑的是，第一和/或第二材料区域同样设置在所述空腔中。
根据本发明的另一设计方案，第一材料区域具有第一材料并且第二材料区域具有第二材料，其中第二材料具有比第一材料更大的质量密度。此外能够考虑的是，第二材料区域与第一材料区域相比具有更高的声阻抗，其中“声阻抗”尤其能够理解为声压和声通量的商。
第一和第二材料区域具有至少一种材料，所述材料处于其固态形式下，即第一和第二材料区域不仅仅由气体（空气）形成。
作为用于第一材料区域的材料例如能够考虑海绵状材料（例如聚氨酯海绵）。作为用于第二材料区域的材料例如应用硅树脂或环氧树脂。第一材料区域的材料和/或第二材料区域的材料能够具有例如为空气气泡和/或金属颗粒的填充物。例如，通过填充物的浓度和/或类型（例如金属颗粒的大小）目的明确地调整第一和/或第二材料区域的特性。因此可行的是，根据填充物的浓度和/或类型，与以第二频率范围相比，第一和/或第二材料区域更强地有助于以第一频率范围将在载体中所激发的音波转换为在介质中的体音波（例如在该频率范围中的音波更强地反射）；例如抑制以第二频率范围进行转换。也能够考虑的是，与填充物的浓度和/或类型相关地在载体中优选激发特定的波类型。
也能够考虑的是，第一材料区域具有漆或金属覆层，所述漆或金属覆层例如同时能够用作为用于接触元件（例如发射器和/或接收器）的带状导线。
本发明的第二角度涉及一种用于确定介质特性的设备，其具有
-能够与介质形成接触的载体；
-设置在载体上的、用于在载体中激发声波，尤其是表面波的至少一个发射器；
-设置在载体上的。用于接收声波的至少一个接收器，所述声波源自借助于发射器在载体中所激发的声波；
-设置在载体上的材料区域，所述材料区域实现为，使得其造成在载体中所激发的声波的引导和/或与位置相关地影响从载体中的声波到介质中的体音波的转换或者从介质中的体音波到载体中的声波的转换。
特别地，材料区域由上面阐明的第一和第二材料区域构成，或者所述材料区域具有这种材料区域。换言之，材料区域包括第一材料区域，第一材料区域与第二材料区域相比更强地吸收具有在载体中所激发的波的频率的音波，其中第一材料区域还构成为，使得其与第二材料区域相比更强地反射具有在载体中所激发的波的频率的音波。特别地，第一材料区域能够构成为，使得其有助于激发特定的波类型和/或有助于将在载体中所激发的波转换成在介质中的体音波（例如位置相关地进行），如这在开始所描述的那样。
材料区域尤其被结构化为，使得其连同载体一起限定引导声波的波导。例如，材料区域条状地沿着（例如直的）线延伸，所述线确定用于传播在载体中所激发的表面音波的路径。也能够考虑的是，通过材料区域选择性地、即尤其位置相关地或者与声波的类型或模相关地影响将载体中的波转换成体音波或者相反地从介质中的体音波转换成载体中的声波。例如，材料区域在载体的特定部位处防止将音波耦合输出到介质中或者相反地防止音波从介质中耦合输出到载体中。特别地，被结构化以用于引导波的材料区域的施加能够取代载体的结构化。因此虽然对载体进行结构化以便实现波的目的明确的引导是可行的，但是尤其在应用由非压电材料制成的载体的情况下大多数情况下仍是耗费的。
材料区域尤其设置在载体的在设备运行时背离介质的表面上。然而，也能够考虑的是，如上面已经接合本发明的第一角度所提及的那样，材料区域的至少一部分设置在内侧上，即设置在载体的朝向介质的一侧上。
本发明的第三角度涉及用于确定介质特性的设备，其具有：
-能够与介质形成接触的载体；
-设置在载体上的、用于在载体中激发声波的，尤其是表面波的至少一个发射器；
-设置在载体上的、用于接收声波的至少一个接收器，所述声波源自借助于发射器在载体中激发的波；
-设置在载体上的至少一个材料区域，所述材料区域设置在载体的在设备运行时朝向介质的表面上，其中材料区域具有声阻抗，所述声阻抗位于介质的声阻抗和载体的声阻抗之间。
特别地，材料区域的声阻抗大于介质的声阻抗并且小于载体的声阻抗。然而也能够考虑相反的情况，例如在高粘度的液体作为介质的情况下。
因此，借助于设置在载体内侧上的材料区域进行（尤其由非压电材料形成的）载体和待检验的介质之间的阻抗匹配。例如能够应用塑料（尤其是特氟龙）作为用于（阻抗匹配的）材料区域的材料。也可行的是，材料区域包括氧化层，所述氧化层例如通过阳性处理产生。也能够考虑的是，代替或者附加于氧化层，应用具有钝化特性（例如氮化物层）或者纳米覆层的另外的层。显然地，也能够设置有具有不同的（朝向载体增加的）声阻抗的多个材料层。
借助于材料区域进行的阻抗匹配尤其具有从载体到介质中的能量耦合输出的更好的效率进而产生接收信号的更大的振幅和/或改进的信号-噪声比。此外也可能考虑的是，经由用于阻抗匹配的材料区域以位置相关的方式将不同的音能从载体耦合输入到介质中，以便目的明确地（位置相关地）实施对介质的检验。为此，材料区域尤其不连续地构成，而是划分成多个彼此间隔开的区段。
此外，材料区域改变载体的内表面的机械特性，例如内表面的粗糙度、硬度、化学耐抗性和/或粘附特性，这同样能够用于影响波的传播。
特别地，用于阻抗匹配的材料区域以覆层的形式构成在载体的内侧上，其中覆层例如也能够被结构化，以便产生或者加强在载体中所激发的声波的引导。例如，在载体的内侧上的结构化的覆层与在载体的背离介质的一侧（表面）上的如上面描述的那样被结构化的第一和第二材料区域共同作用，以便实现在载体中更好地引导表面音波。
本发明的第四角度涉及用于确定介质特性的设备，所述设备尤其如上面描述的那样构成，其具有：载体，所述载体能够与介质形成接触；设置在载体上的、用于在载体中激发声波的至少一个发射器；设置在载体上的、用于接收声波的至少一个接收器，所述声波源自借助于发射器在载体中所激发的声波；材料区域，所述材料区域至少部分地围绕发射器和/或接收器延伸。
特别地，发射器为叉指换能器，其中材料区域构成为，使得通过材料区域影响叉指换能器的共振振幅。例如，材料区域构成为，使得叉指换能器在载体中激发表面声波，其中所述叉指换能器在载体中仅激发声学音波的不对称的基模（并且不激发声学音波的对称的基模）或者相反地仅激发声学音波的对称的基模，但是不激声学音波的不对称的基模。类似地，能够通过包围接收器的材料区域的相应的设计方案而目的明确地检测到期望的波模。
换言之，能够通过包围发射器的材料区域而目的明确地在载体中激发特定的声学模式（例如特定的波类型），其中尤其对称模和不对称模具有不同的传播速度并且也能够与介质不同地相互作用。例如，在载体中的不对称的基模的相互作用尤其与介质的组成成分（例如材料混合物的材料的浓度）和温度相关，使得在仅激发不对称的基模时目的明确地检验所述特性是可行的。此外，在仅激发不对称的基模时尤其能够在接收信号中注意到在载体内侧上的积聚、覆层或者结壳。而对称基模与介质的相互作用主要与载体的厚度和温度相关。
也能够考虑的是，材料区域构成为，使得目的明确地影响在载体中所激发的波转换成在介质中的体音波和/或优选地在载体中激发特定的波类型，如这在更上面所阐明的那样。
此外，能够通过围绕发射器和/或接收器延伸的材料区域实现对发射器和/或接收器的保护的提高。特别地，材料区域能够保护发射器和/或接收器免受机械的和/或热的负荷的影响（例如在焊接过程期间在使用根据本发明的设备的情况下）或免受空气湿度的影响。例如，保护到接收器或到发射器的电连接线路，使得其尤其也不能够由于到设备的力作用（例如振动）而撕裂。
需要指出的是，材料区域当然也能够由不同的、例如还彼此间隔开的区域组成，其中例如第一材料区域包围发射器并且单独的第二材料区域包围接收器。然而，也能够考虑的是，连续的材料区域不仅围绕发射器也围绕接收器延伸。
本发明还涉及一种用于制造根据上述权利要求之一所述的设备的方法，其具有下述步骤：
-提供载体；
-将发射器设置在载体上以用于在载体中产生声波；
-将接收器设置在载体上以用于接收在载体中传播的声波；
-将第一和第二材料区域设置在载体上，其中与第一材料区域相比，第二材料区域更强地吸收具有在载体中所激发的声波的频率的音波；和/或
-将材料区域设置在载体上，所述材料区域实现为，使得造成在载体中所激发的波的引导和/或与位置相关地影响从载体中的声波到介质中的体音波的转换或者从介质中的体音波到载体中的声波的转换；和/或
-将材料区域设置在所述载体的在设备运行时朝向介质的表面上，其中材料区域具有声阻抗，所述声阻抗位于介质的声阻抗和载体的声阻抗之间；和/或
-设置至少部分地围绕发射器和/或接收器延伸的材料区域。
附图说明
下面，借助于实施例参考附图详细阐明本发明。附图示出：
图1示出根据本发明的第一实施例的用于确定介质特性的设备的剖面图；
图2示出根据本发明的第二实施例的设备的剖面图；以及
图3示出根据本发明的第三实施例的设备的剖面图。
具体实施方式
在图1中示出的根据本发明的设备1具有呈空心圆柱体2形式的载体，其中空心圆柱体2的外套21的内表面22对设备1的内部体积23限界。在内部体积23中存在呈液体3形式的介质，其中能够借助于根据本发明的设备1来确定液体3的化学的和/或物理的特性。空心圆柱体2尤其由非压电材料（例如金属或者塑料）构成。
空心圆柱体2的外套21至少分段地构成为空心体，其中外套21的构成所提及的内表面22的第一（内部）部段211朝向内部体积23对空腔24限界，并且第二（外部）部段211向外对空腔24限界。
在第一部段211的朝向空腔24的表面25上设置有发射器4，以用于在载体中激发表面声波（箭头A），即在外套21的第一部段211中激发。
在部段211中激发的表面音波A的一部分耦合输出到液体3中，即转换成液体中的体音波B。所述体音波B的一部分又在内部部段211的与例如在垂直于表面波的传播方向A的方向上（即径向地）与另外的、例如发射器4相对置的区域上被反射并且将另一部分向回转换成载体中的声学的表面音波A’。由接收器5检测到所述表面音波A’，其中接收器5同样设置在内部部段211的背离空腔24的一侧上。
但是，接收器5设置在内部部段211的区域上，所述区域与内部部段211的具有发射器4的区域径向地相对置。然而也能够考虑的是，接收器5定位在另外的部位上，例如使得其与发射器4位于共同的直线上的部位上，所述直线沿着空心圆柱体2的纵轴线延伸。此外能够考虑的是，设有至少一个另外的接收器，所述接收器例如设置在内部部段211的与发射器4相同的区域上，例如与发射器4至少近似地位于沿着空心圆柱体2的纵轴线的共同的直线上。
由发射器4在内部部段211中激发的表面音波的一部分也以直接的路径、即经由空心圆柱体2的内部部段211到达至接收器5，使得由接收器产生的信号既包含源自通过模向回转换所形成的表面音波A’的份额，也包含在接收直接从发射器4传播至接收器5的表面音波时产生的份额。接收信号的这两个份额与液体3的特性相关，使得通过信号份额的评估能够导出液体特性的结论。
在外套21的空腔24中存在呈第一浇铸件61和第二浇铸件62形式的第一和第二材料区域。第一浇铸件61直接设置在外套21的第一部段211的表面25上，而第二浇铸件62仅分段地与第一部段211接触。否则，第二浇铸件62在第一浇铸件61和外套21的外部部段212之间延伸，其中所述第二浇铸件在空心圆柱体2的第一部段211上还有侧向地在背离第一浇铸件61的一侧上包围发射器4和接收器6。第二浇铸件62由与第一浇铸件61相比更强地吸收具有所激发的表面音波A的频率的音波的材料构成。同时，第一浇铸件61的材料与第二浇铸件62的材料相比更强地反射表面音波A。
因此，第一和第二浇铸件61、62尤其防止将表面音波A远离液体3不期望地耦合输出（即耦合输出到空腔24中）或者至少衰减沿着不期望的传播路径延伸到空腔2中的表面音波。此外，借助于第一和第二浇铸件实现后侧（即外部的表面25）的尽可能与外部影响（即设备1的周围环境）无关的可复现的状态。
此外，尤其能够将第一浇铸件61实现为，使得其如上面阐明的那样（例如位置相关地）影响在空心圆柱体2中激发的声波的转换。也可行的是，第一浇铸件61构成为，使得在空心圆柱体2中优选（例如仅仅）激发特定的波类型（例如所提及的表面波）。特别地，将第一浇铸件实现为（通过材料和/或其尺寸的选择），使得所激发的波的类型与发射器的激发频率相关。例如，第一浇铸件61有助于以第一频率范围激发第一波类型（例如表面波）和以第二频率范围激发第二波类型（例如蠕波，所述蠕波主要或者仅仅在空心圆柱体2的壁中传播）。“有助于”波类型尤其表示：通过第一浇铸件61改变空心圆柱体2的有效的声折射率，使得期望的波类型仅仅或者主要能够在空心圆柱体中传播。
因此例如可行的是，从（具有例如表面波激发的第一频率范围的）正常运行到（具有例如蠕波激发的第二频率范围的）自检运行上的切换，其中以第二频率范围激发的蠕波仅在空心圆柱体中从发射器传播至接收器，使得例如能够检测到空心圆柱体的损坏。
此外，第一和第二浇铸件61、62能够被结构化（例如以条带的形式构成），以便表面音波A表现出期望的传播方向。在图1的实施例中，第二浇铸件62具有比第一浇铸件61更大的厚度（垂直于载体2的第一部段211）。然而这不是强制的，也可行的是，第一浇铸件具有比第二浇铸件更大的厚度或者浇铸件具有至少近似相等的厚度。
此外，浇铸件61、62能够分别连续地构成，即连续地从空心圆柱体2的第一部段211的设置有发射器4的区域延伸至空心圆柱体2的第一部段211的具有接收器5的区域。特别地，第一和第二浇铸件61、62沿着载体2的第一部段211的整个内部环周延伸。当然也可行的是，第一和/或第二浇铸件61、62构成多个彼此间隔开的子区域。
图2示出根据本发明的第二实施例的设备1的剖面图。在此与图1中示出的实施例相比，附加地将呈覆层63形式的另一材料区域设置在外套21的背部部段211的内侧22上。
覆层63具有声阻抗，所述声阻抗大于待检验的液体3的声阻抗并且小于空心圆柱体2的、即内部部段211的声阻抗。因此，通过覆层63实现将内部部段211的阻抗匹配于液体3的阻抗。也能够考虑的是，覆层63相应于第一和第二浇铸件61、62来结构化，以便辅助表面音波A的引导。例如，覆层63具有多个彼此间隔开的子区域。然而也可行的是，覆层63连续地构成并且例如至少随子部段沿着空心圆柱体2的第一部段211的整个内部环周延伸。
覆层63的厚度尤其小于空心圆柱体2的第一部段211的厚度并且尤其小于在第一部段211中激发的表面声波A的波长。例如能够考虑具有位于介质的质量密度和载体材料的质量密度之间的质量密度的材料作用覆层的材料。此外，能够应用音速度大于介质中的音速度且小于载体材料中的音速度的材料。
需要指出的是，借助于覆层63显然也能够在不具有第一和第二浇铸件61、62的情况下进行阻抗匹配。
图3涉及本发明的另一实施例。据此，根据本发明的设备1具有呈第三浇铸件41的形式的另一材料区域，在所述第三浇铸件中嵌入发射器4，其中第三浇铸件41尤其沿着发射器4的背离空心圆柱体2的内部部段211的一侧延伸。
此外，材料区域包括第四浇铸件51，在所述第四浇铸件中嵌入接收器5，其中第四浇铸件51类似于第三浇铸件41沿着接收器5的背离空心圆柱体2的内部部段211延伸。
第三和第四浇铸件41、51一方面用于保护发射器和接收器。此外，第三浇铸件41和/或第四浇铸件51构成为，使得影响构成为叉指换能器的发射器41的共振振幅和/或影响构成为叉指换能器的接收器5的共振振幅。特别地，共振振幅能够通过浇铸件41或者通过浇铸件51来影响，使得仅在内部部段211中激发（或检测到）不对称的基模或者仅激发（或检测）对称的基模。例如能够应用导电的浇注材料作为用于第三和/或第四浇铸件的材料。
第三和第四浇铸件41、51尤其能够通过彼此间隔开的材料区域成形。然而也可行的是，连续的浇铸件构成第三和第四浇铸件41、51。此外，当然也不必强制地将第一和第二浇铸件61、62设置在外套21的空腔24中。
此外需要指出的是，所描述的实施例的元件当然也能够相互组合应用。因此例如可行的是，在图3的实施例中也能够附加地设有用于阻抗匹配的内部覆层63。
附图标记列表
1    设备
2    空心圆柱体
3    液体
4    发射器
5    接收器
21   外套
22   内表面
23   内部体积
24   空腔
25   表面
41   第三浇铸件
51   第四浇铸件
61   第一浇铸件
62   第二浇铸件
63   覆层
211  第一部段
212  第二部段
A、A’表面声波
B    体音波

Claims (18)

1.一种用于确定介质特性的设备，所述设备具有：
-载体（2），所述载体能够与所述介质（3）形成接触；
-设置在所述载体（2）上的、用于在所述载体（2）中激发声波（A）的至少一个发射器（4）；
-用于设置在所述载体（2）上的、用于接收声波（A，A’）的至少一个接收器（5），所述声波源自借助于所述发射器（4）在所述载体（2）中所激发的波（A）；
-设置在所述载体（4）上的第一材料区域（61）；以及
-设置在所述载体（4）上的第二材料区域（62），其中将所述第二材料区域（62）实现为，使得其与所述第一材料区域（61）相比更强地吸收具有在所述载体（2）中所激发的所述声波（A）的频率的音波。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一材料区域（61）实现为，使得其与所述第二材料区域（62）相比更强地反射具有在所述载体（2）中所激发的所述波（A）的频率的音波。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一材料区域（61）至少分段地在所述载体（2）和所述第二材料区域（62）之间延伸。
4.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述载体（2）具有第一表面（22），所述载体借助所述第一表面能够与所述介质（3）形成接触，并且所述载体具有背离所述第一表面（22）的第二表面（25），其中所述发射器（4）以及所述第一材料区域和所述第二材料区域（61，62）均设置在所述第二表面（22）上。
5.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述第一材料区域（61）具有第一材料，并且所述第二材料区域（62）具有第二材料，其中所述第二材料具有比所述第一材料更大的质量密度。
6.一种用于确定介质特性的设备、尤其是根据上述权利要求之一所述的用于确定介质特性的设备，所述设备具有：
-载体（2），所述载体能够与所述介质（3）形成接触；
-设置在所述载体（2）上的、用于在所述载体（2）中激发声波（A）的至少一个发射器（4）；
-设置在所述载体（2）上的、用于接收声波（A，A’）的至少一个接收器（5），所述声波源自借助于所述发射器（4）在所述载体（2）中激发的声波（A）；以及
-设置在所述载体（2）上的材料区域，所述材料区域实现为，使得其引起在所述载体（2）中激发的所述波（A）的引导和/或与位置相关地影响从所述载体（2）中的声波（A）到所述介质（3）中的体音波（B）的转换或者从所述介质（3）中的体音波（B）到所述载体（2）中的声波（A’）的转换。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述材料区域具有第一材料区域和第二材料区域（61，62），其中所述第二材料区域（62）与所述第一材料区域（61）相比更强地吸收具有在所述载体（2）中激发的所述声波（A）的频率的音波和/或所述第一材料区域（61）与所述第二材料区域（62）相比更强地反射具有在所述载体（2）中激发的所述声波（A）的频率的音波。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述载体（2）能够借助第一表面（22）与所述介质（3）形成接触，其中将所述材料区域的至少一部分设置在所述载体（2）的背离所述第一表面（22）的第二表面（25）上。
9.一种用于确定介质特性的设备、尤其是根据上述权利要求之一所述的用于确定介质特性的设备，所述设备具有：
-载体（2），所述载体能够与所述介质（3）形成接触；
-设置在所述载体（2）上的、用于在所述载体（2）中激发声波（A）的至少一个发射器（4）；
-设置在所述载体（2）上的、用于接收声波（A，A’）的至少一个接收器（5），所述声波源自借助于所述发射器（4）在所述载体（2）中激发的声波（A）；以及
-设置在所述载体（2）上的至少一个材料区域（63），所述材料区域设置在所述载体（2）的在所述设备（1）运行时朝向所述介质（3）的表面（22）上，其中所述材料区域（63）具有声阻抗，所述声阻抗位于所述介质的声阻抗和所述载体的声阻抗之间。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述材料区域（63）的所述声阻抗大于所述介质（3）的所述声阻抗并且小于所述载体（2）的所述声阻抗。
11.一种用于确定介质特性的设备、尤其是根据上述权利要求之一所述的用于确定介质特性的设备，所述设备具有：
-载体（2），所述载体能够与所述介质（3）形成接触；
-设置在所述载体（2）上的、用于在所述载体（2）中激发声波（A）的至少一个发射器（4）；
-设置在所述载体（2）上的、用于接收声波（A，A’）的至少一个接收器（5），所述声波源自借助于所述发射器（4）在所述载体（2）中激发的波（A）；以及
-至少部分地围绕所述发射器（4）和/或所述接收器（5）延伸的材料区域（41，51）。
12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述发射器（4）和/或所述接收器（5）以叉指换能器的形式构成，其中所述材料区域（41，51）构成为，使得通过所述材料区域（41，51）影响所述叉指换能器的共振振幅。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述材料区域（41，51）构成为，使得以第一频率范围在所述载体（2）中激发第一波类型，并且以第二频率范围激发与所述第一波类型不同的第二波类型。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，以所述第一频率范围激发作为第一波类型的表面波，并且以所述第二频率范围激发纵向波。
15.根据权利要求12至14之一所述的设备，其特征在于，所述材料区域（41，51）构成为，使得所述叉指换能器在所述载体中激发表面声波，其中激发所述表面声波（A）的不对称的基模，并且不激发所述表面声波（A）的对称的基模。
16.根据权利要求12至14之一所述的设备，其特征在于，所述材料区域（41，51）构成为，使得所述叉指换能器在所述载体中激发表面声波，其中激发所述表面声波（A）的对称的基模，并且不激发所述表面声波（A）的不对称的基模。
17.根据上述权利要求之一所述的设备，其特征在于设有确定机构，所述确定机构用于根据在通过所述接收器（5）接收声学的音波（A，A’）时所产生的信号来确定所述介质的特性。
18.一种用于制造根据上述权利要求之一所述的设备的方法，所述方法具有下述步骤：
-提供载体（2）；
-将发射器（4）设置在所述载体（2）上以用于在所述载体（2）中产生声波（A）；
-将接收器（5）设置在所述载体（2）上以用于接收在所述载体中传播的声波（A，A’）；
-将第一和第二材料区域（61，62）设置在所述载体（2）上，其中所述第二材料区域（62）与所述第一材料区域（61）相比更强地吸收具有在所述载体（2）中激发的所述声波（A）的频率的音波；和/或
-将材料区域设置在所述载体（2）上，所述材料区域实现为，使得引起在所述载体（2）中激发的所述波（A）的引导和/或与位置相关地影响从所述载体（2）中的声波（A）到所述介质（3）中的体音波（B）的转换或者从所述介质（3）中的体音波（B）到所述载体（2）中的声波（A’）的转换；和/或
-将材料区域（63）设置在所述载体（2）的在所述设备（1）运行时朝向所述介质（3）的表面（22）上，其中所述材料区域（63）具有声阻抗，所述声阻抗位于所述介质的声阻抗和所述载体的声阻抗之间；和/或
-设置至少部分地围绕所述发射器（4）和/或所述接收器（5）延伸的材料区域（41，51）。
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