專利名稱：一種小盲區(qū)超聲波探頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種物位計用超聲波探頭，屬于物位測量技術領域。
技術背景物位計用于測量各種容器內(nèi)的液體液位或固體料位，或者用于距離的測量。
現(xiàn)有的用于物位測量的超聲波物位計所使用的超聲波探頭的常見基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。超聲波探頭由外殼和封裝在外殼內(nèi)的夾心式換能器構(gòu)成，夾心式換能器有前后兩個電極，中間為壓電晶體，換能器通過其電極或壓電晶體與探頭外殼固定在一起，超聲波探頭的安裝固定位置選擇在探頭外殼的側(cè)面中部或后部，安裝結(jié)構(gòu)通常為殼體側(cè)面的外螺紋或法蘭盤。有的換能器的側(cè)面或后部粘附有阻尼材料，在殼體內(nèi)余下的空間放置有吸聲材料。在換能器前電極前面與換能器前電極固定在一起的探頭前端部分又稱為過渡層，過渡層能夠使換能器產(chǎn)生的一定頻率的超聲波有效地向外傳播出去，同時將相同頻率的由探頭外部傳播過來的超聲波有效地過渡到換能器上。
超聲波物位計在主動發(fā)射超聲波時不能同時分辨反射回波，同時探頭在主動發(fā)射完超聲波后還存在一定時間長度的余振，當余振較強時也無法分辨反射回波，因此在從探頭表面向下開始的一段距離之內(nèi)無法檢測物位，這段距離為盲區(qū)。通常認為超聲波探頭的余振是超聲波換能器自身的余振，這部分余振是通過在換能器側(cè)面或后面附著阻尼材料來進行降低，這是現(xiàn)有的超聲波探頭降低盲區(qū)的主要處理方法。
由于盲區(qū)的存在，同時上述探頭因為是通過側(cè)面中后部的螺紋或法蘭盤進行安裝的，當用于測量容器內(nèi)的液體液位或固體料位時，探頭前面部分要深入被測容器法蘭口中，這相當于又增加了探頭的盲區(qū)，使得物位計的有效測量范圍減小，容器內(nèi)的料位或液位升得較高時，無法檢測到，這在很多情況下是不允許的，不能滿足物位測量的需要。如西門子公司的PROBE-5米型超聲波物位計其盲區(qū)為25厘米，其他公司的同類產(chǎn)品的盲區(qū)多數(shù)在30厘米左右。
本實用新型提出了對上述超聲波探頭結(jié)構(gòu)的改進方案，能夠有效降低超聲波探頭的盲區(qū)，更加符合實際的需要。
實用新型內(nèi)容通常認為上述結(jié)構(gòu)的超聲波探頭的余振主要是超聲波換能器自身的余振，這部分余振主要通過在換能器側(cè)面或后面附著阻尼材料來處理；而實際上還有另一個重要的余振來源，即換能器前端的過渡層，當其向外主動輻射完超聲波后，其余振也是存在的，對探頭盲區(qū)的大小也是有一定影響的，但對過渡層這部分余振沒有得到認識，沒有進行有效處理。本實用新型則是對過渡層余振進行了有效處理，從而使探頭盲區(qū)有了進一步的降低。
在本實用新型中，我們在上述結(jié)構(gòu)的超聲波探頭的夾心式換能器前端過渡層上安裝有阻尼材料，阻尼材料可以安裝在過渡層的前表面、后表面，或者安裝在過渡層的側(cè)面位置，也可以安裝在過渡層的內(nèi)部。阻尼材料通常做成圓環(huán)形，以便于進行安裝，通?？梢赃x擇橡膠作為阻尼材料，如丁腈橡膠。當阻尼材料需要安裝在過渡層的前表面時，安裝位置最好為前表面的邊緣處，阻尼材料可為較細的橡膠圓環(huán)，這樣能夠避免對有用聲波的阻擋。當阻尼材料需要安裝在過渡層的內(nèi)部時，安裝位置最好選擇為靠近外側(cè)。
本實用新型的特點是在超聲波探頭的過渡層上安裝有阻尼材料，超聲波探頭的其他結(jié)構(gòu)可以不作任何改變，但可以取得良好的減振效果。
單純地增加換能器的阻尼，會降低向外輻射的能量，使物位計的有效量程降低，而采用本實用新型，向外輻射的有效能量不會降低，但減振效果明顯，超聲波探頭的盲區(qū)得到進一步降低，如一個盲區(qū)為30厘米的超聲波探頭，采用上述新結(jié)構(gòu)處理，其盲區(qū)可降為20厘米或更低。


圖1為現(xiàn)有超聲波探頭基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型具體實施例一基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實用新型具體實施例二基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實用新型具體實施例三基本結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖說明本實用新型的三個具體實施例。
實施例一如圖2所示，本實施例中，夾心式換能器安裝在聚砜塑料殼體(2)內(nèi)，殼體(2)的外徑為56毫米，高度為120毫米，夾心式換能器由前電極(7)、壓電晶體(8)和后電極(9)組成，夾心式換能器外徑為36毫米，諧振頻率為55千赫，前電極(7)的前端為過渡層(5)，過渡層(5)的材質(zhì)為聚砜塑料，過渡層(5)與殼體(2)通過注塑成型成為一體，后電極(9)上粘附有阻尼材料生橡膠(10)，生橡膠(10)厚度為2毫米，前電極(7)與過渡層(5)粘接之后再通過環(huán)氧樹脂(6)澆注，阻尼橡膠圈(4)粘接在過渡層(5)的前表面外邊緣處，橡膠圈(4)的材質(zhì)為丁腈橡膠，橡膠圈(4)截面為半圓形，截面半徑為1.3毫米，殼體(2)內(nèi)部余下空間由吸聲材料海綿(3)填充，殼體(2)的側(cè)面后端為安裝用外螺紋(1)。
實施例二如圖3所示，本實施例中，夾心式換能器安裝在聚砜塑料殼體(2)內(nèi)，殼體(2)的外徑為56毫米，高度為120毫米，夾心式換能器由前電極(7)、壓電晶體(8)和后電極(9)組成，夾心式換能器外徑為36毫米，諧振頻率為55千赫，前電極(7)的前端為聚砜塑料層(5)，聚砜塑料層(5)與殼體(2)前端通過粘結(jié)成為一體形成過渡層，前電極(7)與聚砜塑料層(5)粘接之后再通過環(huán)氧樹脂(6)澆注，后電極(9)上粘附有阻尼材料生橡膠(10)，生橡膠(10)厚度為2毫米，阻尼橡膠圈(4)安置在過渡層的內(nèi)部，橡膠圈(4)的材質(zhì)為丁腈橡膠，橡膠圈(4)的厚度為1.6毫米，寬度為6毫米，殼體(2)內(nèi)部余下空間由吸聲材料海綿(3)填充，殼體(2)的側(cè)面后端為安裝用外螺紋(1)。
實施例三如圖4所示，本實施例中，夾心式換能器安裝在聚砜塑料殼體(2)內(nèi)，殼體(2)的外徑為56毫米，高度為120毫米，夾心式換能器由前電極(7)、壓電晶體(8)和后電極(9)組成，夾心式換能器外徑為36毫米，諧振頻率為55千赫，前電極(7)的前端為過渡層(5)，過渡層(5)的材質(zhì)為聚砜塑料，過渡層(5)與殼體(2)通過注塑成型成為一體，前電極(7)與過渡層(5)粘接之后再通過環(huán)氧樹脂(6)澆注，后電極(9)上粘附有阻尼材料生橡膠(10)，生橡膠(10)厚度為2毫米，過渡層(5)的外側(cè)為阻尼橡膠圈(4)，橡膠圈(4)的材質(zhì)為丁腈橡膠，橡膠圈(4)的厚度為1.5毫米，寬度為7毫米，殼體(2)內(nèi)部余下空間由吸聲材料海綿(3)填充，殼體(2)的側(cè)面后端為安裝用外螺紋(1)。
權(quán)利要求1.一種物位計用超聲波探頭，由夾心式換能器及殼體構(gòu)成，夾心式換能器通過其電極或壓電晶體與探頭外殼固定在一起，夾心式換能器前電極與探頭前端過渡層固定在一起，超聲波探頭的安裝固定位置在探頭側(cè)面中部或后部，其特征是在過渡層上安裝有阻尼材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的超聲波探頭，其特征是在過渡層的前表面或后表面上安裝有阻尼材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的超聲波探頭，其特征是在過渡層的內(nèi)部安裝有阻尼材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的超聲波探頭，其特征是在過渡層的外側(cè)面上安裝有阻尼材料。
專利摘要一種物位計用超聲波探頭，由夾心式換能器及外殼構(gòu)成，夾心式換能器前電極與過渡層構(gòu)成一體，超聲波探頭的安裝固定位置在探頭側(cè)面中部或后部，其特征是在過渡層上安裝有阻尼材料。阻尼材料可以安裝在過渡層的前表面、后表面，或者安裝在過渡層的側(cè)面位置，也可以安裝在過渡層的內(nèi)部。阻尼材料通常做成圓環(huán)形，以便于進行安裝，阻尼材料通常為軟性橡膠。采用上述結(jié)構(gòu)的超聲波探頭具有較小的盲區(qū)，更具實用性。
文檔編號G01F23/296GK2708270SQ20042007421
公開日2005年7月6日 申請日期2004年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月24日
發(fā)明者董志偉 申請人:董志偉