Ультразвуковой измерительный преобразователь

 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к приборам, выполняющим измерение расхода жидкости с помощью ультразвука. Снижение реверберационной составляющей излучаемого сигнала, возникающего в преобразователе, и уменьшение за счет этого величины помех для обеспечения увеличения соотношения зондирующий сигнал/помеха достигается за счет того, что призма преобразователя снабжена клиновым поглотителем ультразвуковой энергии. Поглотитель выполнен путем симметричного срезания боковых граней призмы в ее верхней и задней относительно установленного пьезоэлемента части под углом, обеспечивающим максимальное гашение отраженного от рабочей поверхности призмы паразитного сигнала. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерительным приборам, выполняющим измерение расхода жидкости с помощью ультразвука.

Известен ряд конструкций ультразвуковых измерительных преобразователей, например: - из заявки ФРГ N 3438976; - из заявки ФРГ N 3436232; - из патента США N 4467659; - из полезной модели РФ N 556; - из полезной модели РФ N 1143; - и ряда других технических решений.

Общим недостатком рассмотренных преобразователей является то, что их конструкции, несмотря на всевозможные различия, не обеспечивают значительное снижение реверберационной составляющей излучаемого сигнала. Реверберационная составляющая излучаемого сигнала значительно ограничивает возможности аппаратуры при измерении потоков в трубах малого диаметра, а также оказывает влияние на точность измерений и их надежность.

Ближайшим аналогом по технической сущности является конструкция преобразователя из полезной модели РФ N 1143 -94 года "Ультразвуковой измерительный преобразователь и узел крепления пьезоэлемента". Однако ему свойственны те же недостатки.

Данный преобразователь содержит корпус с размещенным в нем волноводом в виде призмы с наклеенным на него пьезоэлементом, наибольшая прямоугольная грань звукопередающего узла выполнена в виде подошвы, наружные размеры которой выступают за габариты узла и в пределах допусков на изготовление совпадают с внутренними размерами среза стенок корпуса.

Целью изобретения является снижение реверберационной составляющей излучаемого сигнала, возникающего в преобразователе, и уменьшение за счет этого величины помех для обеспечения увеличения соотношения зондирующий сигнал/помеха.

Поставленная цель достигается тем, что для уменьшения уровня объемной реверберации призма преобразователя снабжена клиновым поглотителем ультразвуковой энергии, который выполнен путем симметричного срезания боковых граней призмы в ее верхней и задней относительно установленного пьезоэлемента части под углом, обеспечивающим максимальное гашение отраженного от рабочей поверхности призмы паразитного сигнала.

При этом ширина тела призмы соответствует ширине пьезоэлемента либо может быть выполнена несколько больше. Ось поляризации пьезоэлемента должна совпадать с осью симметрии призмы.

Принцип действия такого поглотителя основан на преобразовании ультразвуковой энергии в тепловую. При вхождении волны в клиновой поглотитель (концентратор) начинает увеличиваться колебательное смещение частиц вещества, увеличивается амплитуда колебаний. При этом упругие деформации переходят в пластические (остаточные), что приводит к возрастанию поглощения звука за счет внутреннего трения. Угол клина выбирают достаточно малым (не более 90 градусов), но обеспечивающим возможность сохранения малых габаритов преобразователя.

Максимальность диссипативных потерь на поверхностях поглотителя обеспечивают путем съема остаточных переотраженных сигналов, а также поверхностных волн с призмы с помощью заливки призмы демпфирующим композиционным материалом на основе эпоксидной смолы.

На чертеже показан предлагаемый преобразователь.

Ультразвуковой измерительный преобразователь содержит призму 1, часть которой выполнена в форме клинового поглотителя 2 ультразвуковой энергии, пьезоэлемент 3, размещенный на поверхности 4 призмы 1.

Кроме того, призма 1 с пьезоэлементом 3 и клиновой поглотитель 2 покрыты демпфирующим слоем 5. Рабочая поверхность 6 призмы 1 размещена на поверхности трубопровода 7.

Работает измерительный преобразователь следующим образом: Акустические колебания рабочей частоты от пьезоэлемента 3 возбуждается в призме 1 и под определенным углом попадают на рабочую поверхность 6 призмы 1.

Угол между поверхностью 4 закрепления пьезоэлемента 3 и рабочей поверхностью призмы 1 выбран таким, чтобы обеспечить заданный угол ввода ультразвуковых колебаний в контролируемую жидкость в соответствии с законом Снелиуса.

За счет выбранного угла падения большая часть энергии излучаемого сигнала поступает в трубопровод 7, а часть энергии, поступает в клиновой поглотитель 2, в котором преобразуется в тепловую энергию и полностью затухает в демпфирующем слое 5.

При этом реверберационная составляющая излучаемого сигнала, поступающая в трубопровод 7, значительно уменьшается, а затухание ревербации происходит по классической экспоненте не более, чем за 30 мкс, что особенно важно в случаях измерения расходов на трубах малого диаметра.

Из анализа заявленного и известных решений следует, что тождественных по технической сущности и решаемой задаче не имеется.

Формула изобретения

1. Ультразвуковой измерительный преобразователь, содержащий волновод, выполненный в виде призмы с закрепленным на ее поверхности пьезоэлементом, отличающийся тем, что призма снабжена клиновым поглотителем, который получен путем симметричного среза боковых граней призмы в верхней и задней относительно пьезоэлемента части под углом, обеспечивающим максимальное гашение реверберационной части сигнала.

2. Ультразвуковой измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что угол среза боковых граней составляет не более 90^o относительно оси симметрии призмы.

3. Ультразвуковой измерительный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что призма с закрепленным на ней пьезоэлементом полностью залита демпфирующим составом.

РИСУНКИ

Рисунок 1