专利名称：超声波换能器壳体结构的制作方法
技术领域：
本实用新型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收换能器外壳上，再传递到接收振动子组件上。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。的传播路径是发射换能器和接收换能器之间的直线距离 L1，其途经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收换能器之间金属连接的距离L2(大约为2倍的L1)其途经的介质均为金属。所以在有用信号V。到达接收换能器P002时，外传干扰信号V1早已达到接收换能器，并已引起接收换能器中接收振动子组件的振动；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收换能器上，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，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，进而造成测量数据的准确率降低。
实用新型内容鉴于上述已有技术存在的缺点，本实用新型提供一种改进的超声波换能器壳体结构。—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。本实用新型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V2〔内传干扰信号)的问题。本实用新型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)；途经被测介质后，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)，该信号途经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1是本实用新型结构示意图。附图2是平板自阻尼板结构示意图。附图3是波纹形自阻尼板结构示意图。附图4是凹面形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是本实用新型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波纹形自阻尼板、23凹面形自阻尼板、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D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，采用波纹形自阻尼板，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 / Hl =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；Hl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，采用凹面形自阻尼板，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P =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。
权利要求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D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S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/Hl=l. 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；Hl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P =50 200。
专利摘要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。
文档编号G01F1/66GK202221323SQ20112025078
公开日2012年5月16日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者王江 申请人:上海一诺仪表有限公司