專利名稱：使用于流體介質中的超聲波流傳感器的制作方法
使用于流體介質中的超聲波流傳感器
背景技術：
從現(xiàn)有技術已知多種探測流體介質流的流傳感器。這種超聲波流傳感器探測例如質量流、體積流或流體介質的速度，例如在通流管中。此時，通常使用兩個或多個超聲波轉換器，超聲波轉換器能夠沿著流體介質流相互移位地布置在流中并且相互發(fā)送超聲波信號。從流動方向上的部件和逆著流動方向上的部件的超聲波信號之間的運行時間差能夠得到流動速度和/或另外的流動特征大小。在DE 39 41 544 Al中描述一個這種超聲波流傳感器的實例，它也在本發(fā)明的框架下根據(jù)本發(fā)明進行了修改。這個出版物公開了一種超聲波流量計，具有在超聲波轉換器之間多次反射的超聲波信號。由此，在測量管中構成W形超聲波路徑，它提供了更長的超聲波路徑和壁約束的轉換器裝配的優(yōu)點。然而，這種已知的反射裝置的缺點在于，在DE 39 41 544 Al中需要多次反射而能夠降低所述系統(tǒng)的穩(wěn)固性。特別地，所述反射面在所述結構中需要平均三個，對振動敏感， 能夠影響流動比例，對污物和進而反射性能的相關變化或者對熱延遲也是容易受到影響的。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明提出一種超聲波流傳感器，它至少盡可能地避免已知超聲波流傳感器的缺點。所述超聲波流傳感器基于反射原理，但是提供一個唯一的超聲波傳遞路徑。所述超聲波流傳感器使用在流體介質中。例如，這些流體介質流過通流管，所述通流管的構件能夠是量管，所述量管能夠插入到所述通流管中和/或是所述通流管的組成部分。所述超聲波流傳感器允許尤其使用在機動車領域中，例如機動車內燃機中，尤其在它的新鮮空氣部段中，特別是在渦輪增壓機后面，尤其使用在載重汽車領域中。替代使用范圍是例如用于氣體或液體的傳感器，例如在工業(yè)技術方法中，如在過程控制中，用作間距傳感器，液面?zhèn)鞲衅?，化學工業(yè)和制藥工業(yè)中的流傳感器，醫(yī)學技術中的傳感器，例如在有害氣體監(jiān)控時， 或者使用在能源技術中，例如作為發(fā)電站中或住宅中的熱量計數(shù)器。所述超聲波流傳感器包括至少兩個沿著流體介質流相互移位地布置在流體介質的通流管中的超聲波轉換器。例如，所述超聲波轉換器完全或部分地插入到所述通流管的量管壁中，由此例如所述通流管的一段或者單獨的插入到通流管中。所述超聲波轉換器能夠也接收在殼體部分中，作為插頭探針放置在實際通流管上或量管上或者插入到通流管中或量管中。在這種情況下，所述殼體部分的墻壁也理解為通流管或量管的一部分。在沿著所述流移位的布置時，設置一種如下布置即在所述布置中，一個所述超聲波轉換器逆著另一個超聲波轉換器進行布置，其中，所述布置確切在流動方向上實現(xiàn)或者，如下所述，相互橫向于流動方向移位。在本發(fā)明的框架中，超聲波轉換器一般理解為一個能夠將電信號轉換成和/或翻轉成超聲波信號的裝置。例如，超聲波轉換器包括至少一個轉換器芯，在轉換器芯中接收至少一個電-聲轉換器元件。這種電-聲轉換器元件的一個實例是壓電元件。但是也可以使用其他電-聲轉換器元件。所述超聲波轉換器的附加的可能設計方案能夠例如參照上面的所謂現(xiàn)有技術或者參照其他已知的超聲波轉換器。所述超聲波流傳感器還包括反射面。反射面理解為裝配成完全或部分地反射超聲波信號的面。例如，這個反射面能夠是所述通流管的一部分，例如所述量管的一部分或者也可以是單獨地插入到所述量管中，例如作為布置在所述流體介質的流內部的反射面。所述反射面也能夠固定在殼體部分上，所述殼體部分也接收所述超聲波轉換器并且作為插頭探針放置在所述實際通流管上或量管上或者插入通流管中或量管中。裝配所述超聲波轉換器，以便經(jīng)過簡單的反射而將超聲波信號互相發(fā)送到反射面上。也就是說，與在DE 39 41 544 Al中所示的布置的W形曲線相反，在本發(fā)明的框架下，在超聲波轉換器之間的超聲波信號的V形曲線設置為優(yōu)選傳輸路徑。所述超聲波轉換器也能夠按照如下安裝所述超聲波轉換器相對于理想的V形曲線稍微傾斜，由此例如能夠在流的條件下提供相對于波束發(fā)散的懸留音和/或能夠減少在兩個轉換器上表面之間的多次反射。此外，在所述超聲波轉換器之間設置偏轉裝置。這個偏轉裝置能夠例如如下詳細地所描述的，是量管的構件和/或所述超聲波轉換器插入其中的量管壁。但是，另外的布置原則上也是可能的。所述偏轉裝置裝配成通過偏轉離開所述超聲波轉換器來基本上抑制由所述反射面反射的且碰撞到偏轉裝置上的寄生的超聲波信號。也就是說，所述偏轉裝置裝配成，用包括在所述超聲波轉換器之間的量管上表面內的多次反射抑制例如W形信號曲線或其他信號曲線。“基本”抑制在這里理解為這樣的抑制，即與沒有偏轉裝置的布置相比，例如與所述超聲波轉換器之間的平滑的量管上表面相比，所述寄生的超聲波信號的聲能抑制約至少30%，優(yōu)選約至少50%，特別優(yōu)選地約至少80%或甚至約至少90%。所述偏轉裝置能夠特別地布置在所述超聲波轉換器之間的連接線段的平均三分之一處。然而，所述偏轉裝置也能夠例如延伸到所述超聲波轉換器之間的整個線段上方或者延伸到這個線段的其他部分上方。特別優(yōu)選地，所述偏轉裝置布置成基本上對稱于所述超聲波轉換器，以便尤其抑制W形信號曲線。所述偏轉裝置在這里應優(yōu)選設計成宏觀尺度。這說明所述偏轉裝置優(yōu)選在它的大凸起和/或所述量管上表面的深度伸入一定量和/或從它突出，它比所述超聲波信號的波長大例如0. 1mm，特別地大約0. 5mm，優(yōu)選大于1. 0mm，特別優(yōu)選地大于2. Omm或者甚至大于 4. 0mm。然而，替代地或附加地，所述偏轉裝置也能夠包括一個或多個其尺度小于所謂宏觀尺度的結構。因此，所述偏轉裝置能夠包括粗糙度，替代或優(yōu)選附加宏觀結構。因此，兩個尺寸比例之間原則上能夠是不同的，即偏轉裝置在根據(jù)上面限定的宏觀區(qū)域(在下文也稱為粗糙結構)中尺寸比例上的偏轉裝置的結構，與位于微觀區(qū)域中的上述刻度上的，例如在小于1.0mm以下的凸起，尤其在上表面粗糙度的尺寸比例上的結構之間。這種結構在下面也稱為精細結構。優(yōu)選地，所述偏轉裝置還具有粗糙結構。這能夠例如與尺寸比例直到減小到在流體介質中的超聲波波長。在空氣中聲速為340m/s、室溫和340kHz的頻率時，得到例如超聲波波長1mm。所述偏轉裝置能夠特別地包括至少一個偏轉面，優(yōu)選至少兩個或多個偏轉面。 在這里，偏轉面理解為偏轉裝置具有的且裝配成至少部分地反射和/或吸收超聲波信號的結構，以相應于偏轉裝置的功能保證超聲波的偏轉。大數(shù)量的偏轉面也是可能的，例如數(shù)量為4個偏轉面，如形成偏轉裝置的棱柱形或金字塔形設計方案。所述偏轉裝置能夠設計為平坦的或也可以設計為彎曲的。下面詳細地闡述不同實例。
所述至少一個偏轉面能夠尤其相對于所述反射面傾斜。替代地或附加地，所述至少一個偏轉面尤其包括至少一個相對于所述超聲波轉換器之間的連接器傾斜的偏轉面。優(yōu)選地，所述至少一個偏轉面能夠設計成，這個偏轉面的基線以相對于所述超聲波轉換器之間的連接線成從90°的不同的角度的方式布置，例如從0°到70°的角度和/或從110° 到180°的角度，其中，所述偏轉面與通過流體介質的流動方向且在所述超聲波轉換器之間的連接線張緊的平面相交。替代地或附加地，所述至少一個偏轉面能夠具有法向量不平行于或反向平行于與反射面相垂直的平面，在該平面中包含所述超聲波轉換器之間的連接線。由此例如能夠保證超聲波信號從包含所述超聲波轉換器之間的連接線且垂直于反射面的平面向外反射。替代地或附加地，所述偏轉面的面法線尤其也與所述反射面的面法線成一個角度，這個角度的數(shù)值平均大于10°，優(yōu)選大于15°，特別優(yōu)選地大于20°。所述偏轉裝置能夠尤其部分地通過所述超聲波轉換器之間的量管上表面構成。例如，所述超聲波轉換器之間的量管上表面在所述超聲波轉換器之間的連接線方向上分割成三個面區(qū)域。所述三個面區(qū)域沿著所述連接線和橫向于所述連接線在這里能夠分別膨脹所述連接線的長度的大約三分之一。所述反射面的面法線和量管上表面的面法線之間的經(jīng)這三個面區(qū)域進行數(shù)值平均的平均角度在這里能夠選擇為優(yōu)選大于10°，特別地大于15°，特別優(yōu)選地大于20°。所述偏轉裝置能夠特別地具有至少一種從下面的形狀中選擇的形狀屋頂形；金字塔形；具有彎曲的屋頂面作為偏轉面的屋頂形；具有彎曲的金字塔形作為偏轉面的金字塔形；具有凸的或凹的圓柱面作為偏轉面的金字塔形；伸入流中的頂點；鋸齒形；波形；軸頭形；凹痕形；凸起形；臺階形；肋形；與至少一種前述形狀反向的形狀，例如通過負沖壓這個形狀得到的形狀。還能夠設置所述形狀和/或另外的形狀的組合。此外，多種這些形狀能夠接連排列或組合。因此，多個金字塔形能夠接連排列，例如晶格模型。多個金字塔形在一個或兩個方向上接連排列，從而當這個金字塔的基線在相對于所述超聲波轉換器之間的連接線成從0°和90°的不同角度下延伸時，這是特別地優(yōu)選的。例如所述基線能夠在相對于所述連接線成從20°到70°的角度下和/或在從110°到160°的角度下延伸。但是， 其他的設計方案原則上也是可能的。在上述限定的意義上，所說的形狀能夠特別地構造為粗糙結構。但是，附加地或代替地，一個或多個所說的形狀也能夠構造為精細結構，例如在偏轉面上。因此，例如粗糙結構和精細結構能夠相互組合，例如通過粗糙結構的一個或多個面，例如一個或多個偏轉面，通過一個或多個精細結構對下部進行下部構造。因此，所述偏轉裝置尤其能夠，如上所述，具有至少一個，優(yōu)選至少兩個或多個偏轉面。這些偏轉面能夠尤其具有一個下部結構和/或精細結構。精細結構在這里理解為上述尺度比例的結構，例如，至少一個偏轉面的下部結構。所述偏轉面能夠限定為在它的整個曲線中這樣的粗糙結構或者是粗糙結構的構件，其中，所述至少一個偏轉面優(yōu)選通過所述精細結構或通過另外一種下部結構，例如至少一個較小的粗糙結構，分割成多個部分面。該下部結構，例如所述精細結構或所述較小的粗糙結構，能夠特別地具有如下深度，即位于小于在流體介質中的超聲波的5倍波長范圍內，優(yōu)選在小于2倍波長范圍內，特別優(yōu)選在小于 1倍波長的范圍內，例如在四分之一波長范圍內。所述下部結構能夠尤其具有一個或多個下述結構多個肋；多個槽；一個柵格；一個具有多個面的下部結構；一個具有多個上述種類的形狀的下部結構。
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如上所述，所述超聲波轉換器能夠附加地沿著流動方向錯位，還能夠橫向于所述流體介質流移位。這樣，例如允許阻止通過逆流布置的超聲波轉換器產(chǎn)生的流動不均勻性對順流布置的超聲波轉換器的影響。此外，尤其在具有橫向于所述流體介質流相互移位的超聲波轉換器的布置中，但也在另外的布置中，所述偏轉裝置能夠具有至少一個反射屏障。反射屏障在這里理解為從所述量管上表面比較陡峭地延伸進入到所述流體介質流中的屏障。例如，該反射屏障能夠設計為薄板形狀。例如，所述反射屏障能夠與所述超聲波轉換器之間的連接線在平均三分之一處，優(yōu)選在一半處相交。特別地，所述反射屏障能夠設計為，所述反射屏障包括具有如下特性的薄板所述薄板首先具有一個主膨脹方向，在主膨脹方向上具有一個橫向于所述超聲波轉換器之間的直連接線的未消失的向量分量，從而，來自一個超聲波轉換器的聲波經(jīng)過第一次反射到達所述反射面上，不是以較大量地經(jīng)一次或多次反射到達所述偏轉裝置上，第二反射到達朝向另外的轉換器的反射面上，而是反射回到或者隨著趨勢而側向地反射離開。因為橫向于流動方向移位的超聲波轉換器的布置，所述薄板替代地或附加地平行于或盡可能平行于流動方向進行布置，從而所述薄板不干涉所述流動導向。通過所述偏轉裝置的主結構在流動方向上的這種布置，相應的結構深度選擇為相應地較大，以便不干涉流動導向，從而實現(xiàn)用于W形聲波曲線的可調節(jié)屏障。所述偏轉裝置能夠尤其，如上所述，包括至少兩個偏轉面。這些偏轉面能夠例如， 如上所述，在屋頂式形狀中相交在一個相交線上。所述相交線能夠布置成尤其相對于所述超聲波轉換器之間的連接線成從90°的不同的角度，由此W形聲波曲線不只通過所述偏轉面的屋頂式傾斜減小或消除，而是所述聲波從這一的平面反射出來，所述聲波垂直于反射面并且平行于所述超聲波轉換器之間的連接線。這個平面一般與通過有效信號的主要部分張緊的平面或者也在有缺陷的偏轉裝置中通過W形部分的平面相同。所述偏轉面的相交線與所述超聲波轉換器間的連接線之間的從90°的偏轉角具有相同的特性，即所述偏轉面的法向量不平行于所述通過有效信號的主要部分張緊的平面。通過相應地偏轉，所述從該平面出來的觸碰所述偏轉面的聲波部分阻止這些偏轉的聲波部分大量地經(jīng)過反射面反射回到所述發(fā)送的超聲波轉換器上，同樣視作寄生波的聲波途徑(例如用于相反的測量方向)。 例如能夠設置小于80°的角度，例如小于70°的角度。所述自身相照射的偏轉面能夠例如以從90°的不同的角度相互照射，例如以大于90°的角度，例如大于100°的角度，特別地大于110°的角度。然而，另外的設計方案也是可能的。上面所提出的超聲波流傳感器與已知的超聲波流傳感器相比具有多個優(yōu)點。因此，特別地允許在盡可能地抑制寄生的超聲波路徑的情況下保證唯一的超聲波傳遞路徑。 所述超聲波流傳感器能夠，如上所述，設有兩個在所述要測量的流中移位地布置的超聲波轉換器，所述兩個超聲波轉換器經(jīng)過所述反射面相互發(fā)送超聲波信號。所述反射面的對齊能夠尤其通過它的主法向量Nh在反射區(qū)域中固定。所述量管上表面能夠，如上所述，在所述超聲波轉換器之間在所述超聲波轉換器之間的連接線方向上分割成三個面區(qū)域(上面已進行限定)，并且它的膨脹是沿著且橫向于這個連接線具有至少最靠近連接線長度L三分之一的膨脹。在這里能夠例如，如上所述，在這三個面區(qū)域M上平均的且所述量管上表面的面法線N和反向平行于所述反射面的主法向量Nh進行定向的向量之間的平均角度選擇為大于15°。所述超聲波流傳感器能夠尤其具有所述超聲波轉換器之間的偏轉裝置作為上表面結構，尤其是量管上表面的上表面結構。這個上表面結構能夠特別地設計為相對于只經(jīng)反射面反射一次的V形聲波路徑，經(jīng)所述反射面(所述超聲波轉換器之間的區(qū)域)反射并且再次經(jīng)所述反射面反射的寄生的W形聲波路徑，通過上表面結構基本上被抑制成希望的有效聲波路徑。通過本發(fā)明抑制尤其是干涉信號。然而不在本發(fā)明中，所述干涉信號以后作為有效信號到達接收器上，例如具有大約雙倍的運行時間。因此，該干涉信號能夠等待或者通過適當選擇的評估時間窗消除。當然在重復測量運行中需要較長時間地等待，直到能夠重新進行測量或者直到在相反的聲波方向上進行測量。通過本發(fā)明使對聲波的測量重復率在沒有測量缺陷的情況下引入得到充分感知的脈動流的區(qū)域中，例如內燃機的吸氣、新鮮空氣或者廢氣區(qū)域中。相對于在DE 39 41 544 Al中所述的裝置，本發(fā)明的優(yōu)點在于尤其在只需要一次反射的寄生的V形聲波路徑。


本發(fā)明的實施例示于視圖中，并且在下面的說明中進行詳細地解釋。在附圖中圖1示出一種具有簡單反射面的已知超聲波流傳感器的基本結構；圖2A和2B示出超能波轉換器上的超聲波信號的時間曲線；圖3至5示出沒有或具有不充分抑制的寄生超聲波路徑的圖1的替代布置；圖6A至7示出根據(jù)本發(fā)明的具有偏轉裝置的超聲波流傳感器的第一實施例；圖8至16示出根據(jù)本發(fā)明的超聲波流傳感器的替代實施例；圖17至19F示出偏轉裝置的上表面輪廓的不同實施例；以及圖20A至22B示出根據(jù)本發(fā)明的超聲波流傳感器的其他實施例。
具體實施例方式圖1示出已知作為本申請的起點的超聲波流傳感器110。它具有通流管112，流動介質以圖1中用V所示的速度在流動方向114上流過通流管112，例如，內燃機的廢氣和 /或內燃機的進氣沖程中的氣團(還例如通過渦輪增壓機壓縮后)。通流管112具有量管 116，量管116例如能夠構成通流管112的一段或者也能夠通過殼體構成，作為插頭探針安裝在通流管112中。在量管116的量管表面118中，兩個超聲波轉換器120、122沿著流動方向114連續(xù)移位地布置。這些超聲波轉換器120、122在圖1中也用字母A、B表示。超聲波轉換器120、122通過具有反射面126的反射器IM互相發(fā)送超聲波。在這里得到V形的期望超聲波路徑128，如圖1中虛線所示。此外，在圖1中示出圓點表示的寄生的W形超聲波路徑130，W形超聲波路徑130通過在反射面1 上多次反射，在這期間在量管上表面 118上處理反射。通過超聲波從A向B的運行時間，并且以平均流動速度V反向，由此測定體積流和/或質量流。根據(jù)超聲波轉換器120、122的方向特性和根據(jù)因流動的介質產(chǎn)生的波束發(fā)散而且附加期望的V形超聲波路徑1 得到一個或多個非期望的超聲波路徑，例如呈現(xiàn)W形或M形寄生的超聲波路徑130。圖2A和2B示出超聲波測量的可能的時間次序。在這些附圖中分別示出作為時間 t的函數(shù)的兩個超聲波轉換器120、122上的超聲波強度I，分割成輻射到超聲波轉換器A上的超聲波(圖2A)或輻射到超聲波轉換器B上的超聲波(圖2B)。超聲波首先發(fā)送到超聲波轉換器A(圖2A，粗線表示的曲線)，然后經(jīng)V形超聲波路徑1 朝向B傳輸(在圖2A中用細線表示的曲線)。正常情況下，B上接收到的超聲波不完全轉換成電信號，而是大部分超聲波又反射回到接收的超聲波轉換器上，然后又出現(xiàn)在A上(用圓點表示)，在那里又進行反射，再次到達例如B等。如果發(fā)送到B上(圖2B，粗線表示的曲線)，當從A發(fā)送且反射到B上的超聲波恰好又返回到A上，然后，發(fā)送到B上的超聲波加入A，但在那里不存在最終發(fā)射過程(A)的反射的、干涉的超聲波，而只存在倒數(shù)第二的發(fā)射過程(B)的反射的、干涉的超聲波。相應的干涉超聲波在這個時間點上已經(jīng)反射到超聲波轉換器120、122上四次了，并相應地被削弱。附加地，這些四次反射的干涉超聲波的影響通過可變的測量重復率而進一步降低，通過在稍微不同的時間間隔多次測量進行平均，例如超聲波周期的可變寬度內部進行。這樣，所述測量重復率能夠，如圖2A和2B所示，相對高地選擇，對單次測量不必等待那么長時間，直到所有先前發(fā)生的發(fā)射事件引起的回聲衰減。當然，在圖2A和2B中的視圖中，也不考慮寄生的W形或M形超聲波路徑或其他的寄生的超聲波路徑。這些路徑是如V形超聲波路徑1 的例如大約兩倍長，從而在短時間間隔內連續(xù)重復測量時，如在圖2A和2B中，產(chǎn)生附加干涉信號，引起測量誤差。如果在超聲波轉換器120、122之間存在反射上表面，例如反射的量管上表面118，然后特別是出現(xiàn)這些寄生的超聲波路徑。這能夠與圖1無關，還在其他的幾何形狀中出現(xiàn)，如在圖3至5中所示的。這些附圖再次示出超聲波流測量器110，類似于圖1中所示的本發(fā)明的起點，從而能夠盡可能地參照上面的說明。所示的幾何形狀的共有特征是，尤其大約在超聲波轉換器120、 122之間的中點上存在具有法線方向的平面部分，所述法線方向是在大約反向平行于反射面126的主法向量中。但在圖5中示出一個設計方案，其中，在超聲波轉換器120、122之間存在一個拱形結構，它還能夠提供例如流體動力學的優(yōu)點，并且同時也能夠容易地散射聲波。當然，還常存在反向平行于反射面126的法向量的法向量，而且還在關鍵區(qū)域中，大約在超聲波轉換器120、122之間的中點中。如果量管上表面118在超聲波轉換器120、122之間常具有一個輕微的彎曲或拱形，這一般是這種情況。而在圖6A至8中示出超聲波流傳感器110的根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式。肋在這里用附圖標記140表示。偏轉面134，136的這些部分通過肋140的肋結構，肋140能夠一直到達通流管112的底部或者能夠只部分地進入偏轉面134，136，能夠例如有利于超聲波流傳感器110的流體動力學特征，此外，通過對散射或反射到單個肋140上的聲波進行干涉引起附加的聲波控制或部分地消除聲波。在圖9A和9B中以等高線的形式示出在超聲波轉換器120，122之間的輪廓的可選實施方式。其中示出超聲波轉換器120，122也能夠側向地且橫向于流動方向114彼此相對移位地布置。偏轉裝置132的輪廓的邊緣在這里能夠至少部分地延伸到超聲波轉換器120， 122的側面附近。超聲波轉換器120，122在這里也能夠橫向于流動方向114并排移位地布置(圖9A)和/或相對于它們相對側的直線方向上移動或者相互翻轉(圖9B)。這些布置能夠一方面用于多次減小在超聲波轉換器120，122之間反射的回聲，另一方面能夠實現(xiàn)超聲波轉換器120的渦流尾跡不觸碰另一超聲波轉換器122。在圖IOA和IOB中示出超聲波流傳感器110的另外的實施例，其中，偏轉裝置132 包括至少一個反射屏障152。圖IOA示出量管上表面118的俯視圖，超聲波轉換器120，122接收在量管上表面118中，而在圖IOB中示出所述布置的部分透視圖。從這些附圖中得知，反射屏障152基本上是從量管上表面118伸出的結構，包括至少兩個偏轉面134，136，它們相對于量管上表面118是非常陡峭的。例如，這些偏轉面134， 136相對于量管上表面118成從70°到110°，尤其從80°到90°的角度。反射屏障152 能夠例如延伸到在流動介質的流中約在1. Omm和20mm之間的高度H。而且，反射屏障152 例如在流動方向上114上具有能夠例如從1. Omm到50mm的長度1。而且，反射屏障152能夠尤其基本上平行于流動方向114進行布置，尤其從圖IOA 中的示例性圖示得知。“基本上平行”能夠理解為，偏離平行性不超過約20°，優(yōu)選不超過約10°，特別優(yōu)選地不超過約5°。反射屏障152設計為整體非常狹長，例如具有垂直于流動方向114的寬度b不超過5. 0mm，例如0. 5到3. 0mm。同樣從圖IOA和IOB可知，反射屏障152尤其能夠相對于超聲波轉換器120，122 之間的連接線傾斜地延伸，超聲波轉換器120，122之間的連接線在圖IOA和IOB中用L表示。流屏障的縱向延伸方向在圖IOA和IOB中用附圖標記IM表示，它能夠例如與連接線 L相交成5°到6°的角，尤其是20°到45°的角。具有肋140的屋頂式結構，選擇為例如如圖8所示的薄板或也可以選擇為沒有薄板的布置，偏轉裝置132的這些“屋頂”則能夠也附加地翻轉成使偏轉面134，136之間的相交線130，能夠設計為這些屋頂?shù)摹暗谝痪€”，不垂直于超聲波轉換器120，122直接之間的連接線L。這個設計方案也能夠實施成本發(fā)明的其他實施例，例如根據(jù)圖11至14的實施例。 因此，圖11描述類似于圖9中所示的實施例的設計方案，其中，偏轉面134，136附加地具有下部結構142，形式為例如肋或槽，例如形式為較小的粗糙結構或形式為精細結構。圖12示出圖11中的實施例的變型，其中，下部結構142同樣設置為例如臺階形。在圖13中類似于示出圖9A中的實施例的實施例，其中，下部結構142同樣又任意地設置為在這種情況下例如又是臺階形。下部結構142例如形式為較小尺度的粗糙結構或精細結構，在本發(fā)明的所有實施例中一般任意地設置到偏轉面134，136中。一個這樣的下部結構142將通過其設置偏轉面134，136的粗糙結構分割成較小的面，例如局部面、凹處、槽等。這個下部結構142 的深度優(yōu)選是在流體介質中的超聲波波長的數(shù)量級，例如下部結構142的深度不超過波長的5倍，優(yōu)選3倍或甚至2倍。在圖14中再次示出偏轉裝置132的屋頂式結構的基礎結構。如在高處觀察，在超聲波轉換器120，122之間通過這個偏轉裝置132的偏轉面134，136預先設置的粗糙結構作為上表面-下部結構142，具有附加的槽144，它在根據(jù)圖15的實施例中示例性地示出。這些槽144能夠限定面段146，例如在槽144之間的連接板上的面段146和在這些連接板之間的面段146。鄰近的面段146能夠相互垂直，這種情況至少最接近如根據(jù)圖15的實施例中的這個實例，或者也能夠相互傾斜，這如根據(jù)圖16的實施例中所示的。相互傾斜地接觸的面段改進寄生的聲波的散射效應。圖17示出通過偏轉面134，136中的一個的橫截面，由此可識別這些面段146。在這里，下部結構142的益處主要在于深度尺寸和/或側向尺寸在流體介質中的聲波波長的數(shù)量級上，例如λ/4的數(shù)量級。這在圖18中再次示出，圖18示出面段146的替代圖17的設計方案。在選擇這樣的尺寸時得到所述反射的聲波部分的相移，它至少部分地互相通過干涉消除。代替在圖17中所示的屋頂形下部結構或者圖18中所示的下部結構，在圖19Α至19F中示出不同的其他設計方案。除具有主方向的下部結構142(例如上述的槽結構)外，具有多個主方向或近似各向同性的下部結構142也可以想象成在平面中散布的結構，例如柵格結構或者表面不規(guī)則地布置的凸起和/或凹坑。不依賴于選擇這種下部結構，在圖20A(透視圖)和20B(俯視圖)中示出在超聲波轉換器120，122 之間的粗糙結構作為偏轉裝置132，并且代替“第一線”而具有頂點148。這個頂點148能夠是例如用三個、四個或多個偏轉面150封閉的金字塔形結構。如圖20A和20B所示，這樣的結構對著超聲波轉換器120，122之間的連接線L取向，則W形的寄生的聲波部分不僅偏轉到流動方向上或者在朝向超聲波轉換器120，122之間的連接線L的方向上而且具有橫向于該方向的分量。 在圖21中示出圖20B中的變型。這個變型只在具有金字塔形面的四個偏轉面150 中的兩個上橫向偏轉，然而，在多數(shù)應用情況下總是呈現(xiàn)充分的偏轉效應。根據(jù)圖21的適當?shù)淖詈蟮膸缀谓Y構的額外優(yōu)點是它與用于在量管上表面118中傾斜地安裝的超聲波轉換器120，122的安裝袋特別良好地協(xié)調。在這種情況下，它有助于使金字塔形結構彎曲和/ 或變形，從而它是只在頂點148中的實際金字塔形。這根據(jù)圖22A中所示的透視圖進行說明，而圖22B示出垂直于超聲波轉換器120，122之間的連接線L的量管上表面118的截面圖。在這里，偏轉裝置132的金字塔形結構通過量管上表面118的相交的圓柱形上表面形成。替代地，也能夠使用錐形面或其他直的或彎曲的面，它們相互相交并因而構成偏轉裝置 132，優(yōu)選具有頂點148。也在圖22A中所示的結構中具有四個“屋頂面”，“屋頂面”構成偏轉面150，每個“屋頂面”在一個方向上取向，它的法線方向在流動方向上和/或與流動方向相反的方向和/或橫向于流動方向，明顯偏離反向平行于反射面126的法線方向的向量，由此能夠避免產(chǎn)生寄生的聲波量。
權利要求
1.一種在流體介質中使用的超聲波流傳感器(110)，包括至少兩個沿著流在流體介質的通流管(112)中相互移位地布置的超聲波轉換器(120，122)，以及反射面(1 )，其中，所述超聲波轉換器(120,12 裝配成使其經(jīng)過簡單的反射相互發(fā)送超聲波信號到所述反射面(126)上，其中，在所述超聲波轉換器(120,12 之間設置偏轉裝置(132)，其中，所述偏轉裝置(13 裝配成使得通過偏轉離開所述超聲波轉換器(120,12 來基本上抑制由所述反射面(126)反射的且碰撞在所述偏轉裝置(13 上的寄生的超聲波信號。
2.根據(jù)前述權利要求所述的超聲波流傳感器(110)，其特征在于，所述偏轉裝置(13 布置在所述超聲波轉換器(120,12 之間的連接線段的平均三分之一處。
3.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的超聲波流傳感器(110)，其特征在于， 所述偏轉裝置(13 具有至少一個偏轉面(134，136;150)。
4.根據(jù)上一權利要求所述的超聲波流傳感器(110)，其特征在于，所述偏轉面(134，136;150)的面法線與反射面(126)的面法線成平均大于10°的角度。
5.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的超聲波流傳感器(110)，其特征在于， 所述偏轉裝置(13 至少部分地通過在所述超聲波轉換器(120,12 之間的量管上表面(118)構成。
6.根據(jù)上一權利要求所述的超聲波流傳感器(110)，其特征在于，所述量管上表面(118)在超聲波轉換器(120,12 之間在所述超聲波轉換器(120， 122)之間的連接線的方向上能夠分割成三個面區(qū)域，其中，所述三個面區(qū)域沿著和橫向于所述連接線分別膨脹連接線的長度的1/3，其中，在所述反射面(126)的面法線和所述量管上表面(118)的面法線之間的通過這三個面區(qū)域進行平均的平均角度大于10°。
7.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的超聲波流傳感器(110)，其特征在于， 所述偏轉裝置(13 具有從下述形狀中選擇的至少一種形狀屋頂形；金字塔形；具有彎曲的屋頂面作為偏轉面(134，136 ；150)的金字塔形；具有彎曲的金字塔面作為偏轉面 (134，136;150)的金字塔形；具有圓柱形面作為偏轉面(134，136;150)的金字塔形；伸入所述流中的頂點；鋸齒形。
8.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的超聲波流傳感器(110)其特征在于， 所述偏轉裝置(132)具有至少一個帶有下部結構的偏轉面(134，136 ；150)，其中，所述下部結構具有一個或多個下述結構多個肋；多個槽；柵格；具有多個面的下部結構；具有多個根據(jù)前述權利要求所述的形狀的下部結構。
9.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的超聲波流傳感器(110)，其特征在于， 所述偏轉裝置(132)包括至少一個反射屏障(152)。
10.根據(jù)前述權利要求中的任意一項所述的超聲波流傳感器(110)，其特征在于， 所述偏轉裝置(132)具有至少兩個偏轉面(134，136 ;150)，所述偏轉面(134，136 ；150)在至少一個相交線相交，其中，所述相交線以與所述超聲波轉換器(120，122)之間的連接線成一個從90°的不同的角度的方式進行布置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用于流體介質中的超聲波流傳感器(110)。所述超聲波流傳感器(110)包括至少兩個縱向于流地相互偏移地設置在流體介質的通流管(112)中的超聲波轉換器(120，122)。所述超聲波流傳感器(110)還包括反射面(126)，其中，所述超聲波流轉換器(120，122)設置用于經(jīng)簡單地反射到所述反射面(126)上來互相發(fā)送超聲波信號。另外，在兩個超聲波轉換器(120，122)之間設置偏轉裝置(132)，其設置用于通過離開所述超聲波轉換器(120，122)的偏轉來基本上抑制被所述反射面(126)反射的且到達所述偏轉裝置(132)的寄生的超聲波信號。
文檔編號G01F1/66GK102597715SQ201080049366
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月22日 優(yōu)先權日2009年11月6日
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