專利名稱：防干擾超聲波傳感器及防干擾外套管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測距用超聲波傳感器結(jié)構(gòu)，屬于超聲波物位測量傳感器及其配套的部件。
背景技術(shù)：
超聲波物位計是利用聲波反射原理來測量各種容器內(nèi)的液體液位或固體料位的儀表。一般由超聲波傳感器及電子單元構(gòu)成，超聲波傳感器與電子單元可以設計成一體式或分體式的組成方式。超聲波傳感器在電子單元的控制下向被測容器內(nèi)的液面或料面發(fā)射超聲波并接收反射回波。
通常先進的超聲波物位計電子單元采用自動功率控制的方法來發(fā)射超聲波，即隨著被測物位的由近到遠，發(fā)射的超聲波能量逐漸增大，這是因為距離越遠，越需要更大能量發(fā)出，才能保證回波被反射回來，為電子單元檢測到，而近距離的時候，可以使發(fā)出的超聲波能量小一些，電子單元也可以檢測到，但對于被測液面和料面來講，它們并不總是平整的，所以即使距離近的時候，發(fā)出的超聲波也必須要有一定的強度。對于反射回波電子單元采用自動增益控制的方法進行識別，即隨著被測物位的由近到遠，對回波信號的放大倍數(shù)逐漸增大，距離越近，反射回波越強，所需要的放大倍數(shù)就小，同時對近距離的虛假回波的放大倍數(shù)也小，使虛假回波不易被檢出。
當被測容器為密閉容器時，超聲波物位計通常安裝在容器的法蘭口上，如附圖1所示。這種安裝方式通常要求法蘭盤與容器之間的接管要很短，保證超聲波傳感器前端部分要從接管內(nèi)伸出來，其原因是如果超聲波傳感器整體位于接管內(nèi)時，傳感器發(fā)射出的超聲波波束會與接管之間產(chǎn)生較強的反射，出現(xiàn)虛假信號，接管越長、越細，虛假信號越強，即使采用自動功率控制和自動增益控制，由于虛假信號過強，也能被電子單元檢出，從而干擾正常信號的檢測，使物位計不能正常工作。
超聲波傳感器通常是圓柱形，內(nèi)部為壓電換能器，由圓柱形塑料外殼封裝起來，壓電換能器透過傳感器殼體前端向外發(fā)射超聲波，并接收反射回波，產(chǎn)生電信號。由于傳感器外殼前端及側(cè)面為一體結(jié)構(gòu)，因此當傳感器工作時，其側(cè)面也會有相對微弱的超聲波向外發(fā)出。當超聲波傳感器整體位于容器接管內(nèi)時，如果傳感器側(cè)面發(fā)出的微弱超聲波被接管內(nèi)壁反射回來，且其行程大于傳感器余振存在時間，那么這個反射信號就會被檢測出來，成為干擾信號。同時，傳感器前端向外發(fā)出的超聲波波束具有一定的擴散角，如果傳感器整體位于容器接管內(nèi)時，超聲波波束會與接管內(nèi)側(cè)面及接管圓形邊緣發(fā)生作用，產(chǎn)生較強的反射回波，為傳感器所接收，進而被電子單元檢測到，成為干擾信號。
通常情況是，密閉容器上的法蘭接管的長度一般都大于超聲波傳感器的長度。要想滿足超聲波物位計的安裝要求，就必須對容器上的接管進行改造，而這種改造通常是很困難的，很多情況下是不允許對容器進行改造的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是要解決已有技術(shù)中超聲波物位計在容器接管較長時側(cè)面及接管圓形邊緣反射回來干擾波的問題，提出了一種防干擾超聲波傳感器的外套管和帶有防干擾外套管的超聲波傳感器，采用這種外套管能夠使超聲波物位計滿足在容器上的接管較長時的使用要求，會大大減小超聲波束與接管之間的反射量，使得這種反射量可以減弱到不能成為干擾信號的程度。
本發(fā)明超聲波傳感器的防干擾外套管，其特征是外套管中段內(nèi)側(cè)為與超聲波傳感器外側(cè)面動配合相吻合的形狀，套在超聲波傳感器的外側(cè)，外套管中段內(nèi)側(cè)面與超聲波傳感器外側(cè)面相互平行并且留有間隔，外套管超出超聲波傳感器發(fā)射面的前段呈喇叭狀，外套管的后半部設有與超聲波傳感器連接的接口。形成本發(fā)明的帶有防干擾外套管的防干擾超聲波傳感器，有超聲波傳感器和套在超聲波傳感器上的外套管，其特征是外套管中段內(nèi)側(cè)面與超聲波傳感器外側(cè)面相平行并且留有間隔，外套管超出超聲波傳感器發(fā)射面的前段呈喇叭狀，在外套管的后半部分設有接口與超聲波傳感器外側(cè)固定連接。
如圖2所示，外套管2套在超聲波傳感器1的外側(cè)，外套管中段內(nèi)側(cè)面與超聲波傳感器外側(cè)面相互平行并且留有間隔，其相對間隔最好不大于1.5毫米，若間隔較大，應在間隔內(nèi)加入吸聲、隔聲材料，如海綿、發(fā)泡塑料薄膜。
外套管最前端高出超聲波傳感器發(fā)射面，外套管的前段(即從超聲波傳感器發(fā)射面開始向前的這一部分)的管內(nèi)徑逐漸變大，為喇叭口形，內(nèi)側(cè)面可為斜平面或圓弧面。外套管的前段這一部分的長度最好大于10毫米，外套管前段喇叭口內(nèi)側(cè)面上從最高點到最低點的最短連線與傳感器發(fā)射面的夾角最好在105度至125度之間，也就是說其內(nèi)側(cè)面從最高點到最低點的最短連線與傳感器發(fā)射面的相對銳角最好在55度至75度之間。在外套管的后半部分通過螺紋或粘接等方式與傳感器的外殼相固定。
當外套管中段內(nèi)側(cè)面與超聲波傳感器外側(cè)面的間隔較小時，超聲波傳感器外側(cè)面發(fā)出的微弱超聲波會在這個小的間隔內(nèi)多次反射絕大部分能量被快速衰減掉，且這絕大部分反射能量存在的時間小于傳感器發(fā)出超聲波后的余振時間，剩下的反射能量由于非常微弱就不會成為干擾信號。當外套管中段內(nèi)側(cè)面與超聲波傳感器外側(cè)面的間隔較大時，由于間隔內(nèi)加入吸聲、隔聲材料，超聲波傳感器外側(cè)面發(fā)出的微弱超聲波也不會成為干擾信號。
由于外套管的前段內(nèi)側(cè)為喇叭口形，能夠使超聲波傳感器向前發(fā)出的超聲波波束角度變窄，聲波能量會盡可能向垂直于發(fā)射面的方向傳播，當這種具有外套管結(jié)構(gòu)的超聲波傳感器安裝于容器接管內(nèi)時，會大大減小超聲波束與接管之間的反射量，使得這種反射量可以減弱到不能被電子單元檢測到的程度，不能成為干擾信號。
具有上述外套管結(jié)構(gòu)的超聲波物位計能夠滿足在容器上的接管較長時的使用要求，在超聲波發(fā)射能量和回波放大倍數(shù)相同的條件下，可以使由接管產(chǎn)生的反射量減小到在不加外套管時的10％以下，不能被電子單元檢測到。同時這種外套管結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，安裝方便。其結(jié)構(gòu)與超聲波傳感器結(jié)合緊湊，整個帶有外套管的超聲波傳感器外形及尺寸變化較小，無須改變?nèi)萜魃系陌惭b條件，利于安裝。


圖1為現(xiàn)有的超聲波物位計在密閉容器上的安裝方式。
圖2為本發(fā)明的外套管與超聲波傳感器的組合圖。
圖3為本發(fā)明具體實施例帶有防干擾外套管的防干擾超聲波傳感器剖視圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合

本發(fā)明的一個非限定性的優(yōu)選實施例。
如圖3所示，為本發(fā)明的帶有防干擾外套管的防干擾超聲波傳感器，超聲波傳感器為圓柱形，由壓電換能器3和封裝壓電換能器的傳感器殼體4構(gòu)成，壓電換能器由壓電晶體及前后電極構(gòu)成，壓電換能器3外徑為38毫米，厚30毫米，傳感器殼體4的前端外徑為52毫米，殼體4長度為100毫米。在殼體4的外側(cè)為外套管5，外套管5為圓柱形，其外徑為58毫米，長度為100毫米。外套管5中段內(nèi)側(cè)面與殼體4外側(cè)面相互平行并且留有間隔，其相對間隔為1毫米。外套管5后部接口采用螺紋方式與殼體4連接固定。外套管5前部從殼體4前端面開始向前的這一部分的高度為18毫米，且其管內(nèi)徑逐漸變大，內(nèi)徑尺寸從48毫米增至最頂端的58毫米，外套管5前部的內(nèi)側(cè)面為錐形面。為保持美觀，提高結(jié)構(gòu)緊湊性，同時又不減弱傳感器發(fā)射和接收超聲波的能力，外套管前段呈喇叭狀與中段柱形之間有一個收口，收口橫面與超聲波傳感器發(fā)射面外環(huán)邊緣相接配合，二者之間可加橡膠或塑料墊圈隔離。殼體4與外套管5的材質(zhì)均為塑料，如聚氯乙烯、聚丙烯等。超聲波傳感器內(nèi)部空間由吸聲材料海綿7填充。超聲波傳感器殼體4的外側(cè)面后部為安裝螺紋6，用于對整個超聲波傳感器的安裝固定，安裝螺紋6的上面的螺紋用于固定外套管5。
權(quán)利要求
1.一種超聲波傳感器的防干擾外套管，其特征是外套管中段內(nèi)側(cè)為與超聲波傳感器外側(cè)面動配合相吻合的形狀，套在超聲波傳感器的外側(cè)，外套管中段內(nèi)側(cè)面與超聲波傳感器外側(cè)面相互平行并且留有間隔，超出超聲波傳感器發(fā)射面的外套管前段呈喇叭狀，在外套管后半部分設有與超聲波傳感器外側(cè)連接的接口。
2.如權(quán)利要求1所說的超聲波傳感器的防干擾外套管，其特征是外套管呈喇叭狀的前段與中段之間有一個收口，高出超聲波傳感器發(fā)射面的外套管前段從超聲波傳感器發(fā)射面開始向前的這一部分的管內(nèi)徑逐漸變大，內(nèi)側(cè)面為斜平面或圓弧面。
3.一種帶有外套管的防干擾超聲波傳感器，有超聲波傳感器和套在超聲波傳感器的外套管，其特征是外套管中段內(nèi)側(cè)面與超聲波傳感器外側(cè)面相平行并留有間隔，外套管超出超聲波傳感器發(fā)射面的前段呈喇叭狀，外套管后半部的接口與超聲波傳感器外側(cè)固定連接。
4.如權(quán)利要求3所說的防干擾超聲波傳感器，其特征是超出超聲波傳感器發(fā)射面的外套管前段從超聲波傳感器發(fā)射面開始向前的這一部分的管內(nèi)徑逐漸變大呈喇叭狀。
5.如權(quán)利要求3所說的防干擾超聲波傳感器，其特征是外套管呈喇叭狀前段與中段之間有一個收口，收口橫面與超聲波傳感器發(fā)射面外環(huán)邊緣相接配合或者二者之間加橡膠或塑料墊圈隔離。
6.如權(quán)利要求3或4或5所說的防干擾超聲波傳感器，其特征是外套管中段內(nèi)側(cè)面與超聲波傳感器外側(cè)面的間隔小于或等于1.5毫米，或者間隔內(nèi)加入吸聲材料或隔聲材料。
7.如權(quán)利要求3或4或5所說的防干擾超聲波傳感器，其特征是外套管前段喇叭口內(nèi)側(cè)面上從最高點到最低點的最短連線與傳感器發(fā)射面的夾角在105度至125度之間。
全文摘要
一種防干擾超聲波傳感器及防干擾外套管，防干擾外套管套在超聲波傳感器的外側(cè)，而且外套管中段內(nèi)側(cè)為與超聲波傳感器外側(cè)面動配合相吻合的形狀，外套管中段內(nèi)側(cè)面與超聲波傳感器外側(cè)面相互平行并且留有間隔，外套管前段呈喇叭狀，在外套管的后半部分設有與超聲波傳感器連接的接口。具有上述外套管結(jié)構(gòu)的超聲波物位計能夠滿足在容器上的接管較長時的使用要求。同時這種外套管結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，安裝方便，其結(jié)構(gòu)與超聲波傳感器結(jié)合緊湊，整個帶有外套管的超聲波傳感器外形及尺寸變化較小，無須改變?nèi)萜魃系陌惭b條件，利于安裝。
文檔編號G01S15/08GK101029843SQ200610059038
公開日2007年9月5日 申請日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者董志偉 申請人:董志偉