发射角度可调超声波流量计探头的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种发射角度可调超声波流量计探头，该型探头包括压电晶片、第一声楔与第二声楔、燕尾槽、硅胶、电缆、外壳组成。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振动。第一声楔与第二声楔，由一个圆弧面上的若干燕尾槽连接，改变燕尾槽结构咬合方式以调整超声波发射角，使超声波以合适的角度射入到流体中，改变其在被测流体内的传播路径，进而改变两个探头之间的安装距离。本实用新型结构简单，安装方便，使得便携式超声波流量计探头可以在在更紧凑更狭小的空间与更短的管道上使用。
【专利说明】发射角度可调超声波流量计探头

【技术领域】
[0001] 本实用新型属于流体测量【技术领域】，具体涉及一种新型便携式发射角度可调超声 波流量计探头装置。

【背景技术】
[0002] 超声波流量计是通过检测流体流动对超声束（或超声脉冲）的作用以测量流量 的。传统的超声波探头的压电晶片与管道接触面所呈的角度是固定的，即声束与液体流动 方向的夹角Θ为一个定值，这样的话声束在流体内的传播轨迹就是固定的，两个探头需要 布置在相应的位置上以保证正常发射与接收，它们之间的安装距离要达到测量要求。
[0003] 当传统的超声波探头测量时，可能遇到管道适宜安装探头的部分较短或空间较 小，无法保证两个探头正常工作时的安装距离。 实用新型内容
[0004] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、安装使用方便的发射角度可 调超声波流量计探头，其灵活改变声束在流体内的传播轨迹和两个探头正常工作时的安装 距离，以适应复杂多变的现场环境。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种发射角度可调超声 波流量计探头，其关键技术在于：其包括外壳，所述外壳内填充有硅胶，所述外壳内设有发 射电路模块以及与其相接的压电晶片，所述外壳的一侧设有相互咬合的第一声楔块和第 二声楔块，所述第一声楔块与压电晶片接触；所述发射电路模块与定位于外壳上的电缆连 接；
[0006] 所述咬合结构具体为：第一声楔块上设有多个规格相同的燕尾槽，与之相对的第 二声楔块上设有与燕尾槽相配合的多个规格相同的凸起；第一、第二声楔块之间借助燕尾 槽、凸起相互咬合。
[0007] 所述发射电路模块的型号为ADI公司生产的AD9223型。
[0008] 本超声波流量计采用时差式测量原理：一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧 管壁后，被另一个探头接收到，同时，第二个探头同样发射信号被第一个探头接收到，由于 受到介质流速的影响，二者存在时间差At，根据推算可以得出流速V和时间差At、声束与 液体流动方向的夹角Θ、声束在液体的直线传播次数M、管道内径D等参数之间的换算关 系，进而可以得到流量值Q。
[0009] 声楔分为两部分：第一声楔与第二声楔，在制作探头的声楔部分时，将圆弧连接面 分别制成多个相同的规格的燕尾状的"凸起"和"凹槽"，将两块声楔之间通过一个圆弧面上 若干燕尾槽咬合连接，进而可通过改变燕尾槽结构咬合方式以调整超声波发射角，实现压 电晶片与物体接触面之间夹角的变化，从而灵活的改变超声波信号的发射角，通过改变超 声波信号的发射角，改变其在被测流体内的传播路径，进而改变两个探头之间的安装距离， 这样可在较小的空间与较短的管段上安装探头。
[0010] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0011] 本实用新型结构简单，安装方便，使得便携式超声波流量计探头可以在在更紧凑 更狭小的空间与更短的管道上使用。本新型设置的两个声楔块可通过改变咬合方式，进而 改变发射角度，灵活改变声束在流体内的传播轨迹和两个探头正常工作时的安装距离，更 好的适应就复杂多变的现场环境。

【专利附图】

【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型的结构示意图；
[0013] 图2是本实用新型使用示意图；
[0014] 其中，1第一声楔，2、接触面，3、燕尾槽，4、硅胶，5、外壳，6、电缆，7、发射电路模块， 8、压电晶片，9、第二声楔，10、调整后声束与液体流动方向的夹角，11、调整前声束与液体流 动方向的夹角，12、调整后探头之间距离，13、调整前探头之间距离，14、调整前声束在流体 中传播轨迹，15、调整后声束在流体中传播轨迹，16、凸起。

【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0016] 参见附图1和附图2,本实施例包括外壳5,所述外壳5内填充有娃胶4,所述外壳 5内设有发射电路模块7以及与其相接的压电晶片8,所述外壳5的一侧设有相互咬合的第 一声楔块1和第二声楔块9,所述第一声楔块1与压电晶片8接触；所述发射电路模块7与 定位于外壳5上的电缆6连接；所述咬合结构具体为：第一声楔块1上设有多个规格相同的 燕尾槽3,与之相对的第二声楔块9上设有与燕尾槽3相配合的多个规格相同的凸起16 ;第 一、第二声楔块之间借助燕尾槽3、凸起16相互咬合。第一声楔1通过一个圆弧面上若干燕 尾槽3咬合连接第二声楔9。所述发射电路模块7的型号为ADI公司生产的AD9223型，也 可采用其他型号的发射电路模块，满足使用要求即可。图1中的虚线(第一声楔块部分）代 表第一声楔块1转过一定角度后另一位置的不意图，即改变了第一声楔块1、第二声楔块9 之间的咬合方式，进而改变了发射角。
[0017] 本实用新型利用压电材料的压电效应，采用适合的发射电路7把电缆6提供的电 能加到压电晶片8上，使其产生超声波振动，超声波通过接触面2以某一角度射入流体中传 播。外壳5中所包裹的为硅胶4,其目的在于吸收压电晶片背面辐射的超声波并将其转换为 热能，减小背面辐射产生的干扰。
[0018] 将探头用"V"型方式安装测量管道中的流体流量时，由图2可见，当探头压电晶片 与物体接触面的夹角11，即声束与液体流动方向的夹角为Θ i时，声束在流体中的传播轨迹 为14,两个探头之间距离为13。当调整第一声楔1与第二声楔9的咬合连接方式，使得探 头压电晶片与物体接触面的夹角，即声束与液体流动方向的夹角变为10时，声束在流体中 的传播轨迹为15,两个探头之间距离减小为12。这使得便携式超声波流量计探头可以在在 更紧凑更狭小的空间与更短的管道上使用。
[0019] 在制作探头的声楔部分时，将圆弧连接面分别制成多个相同的规格的燕尾状的 "凸起"和"凹槽"，将两块声楔之间通过燕尾槽咬合连接。通过改变第一声楔与第二声楔 之间的一系列相同规格的燕尾槽结构咬合方式，实现压电晶片与物体接触面之间夹角的变 化，从而灵活的改变超声波信号的发射角。通过改变超声波信号的发射角，改变其在被测流 体内的传播路径，进而改变两个探头之间的安装距离，这样可在较小的空间与较短的管段 上安装探头。
[0020] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新 型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定 义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因 此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理 和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1. 一种发射角度可调超声波流量计探头，其特征在于：其包括外壳（5)，所述外壳（5) 内填充有硅胶（4)，所述外壳（5)内设有发射电路模块（7)以及与其相接的压电晶片（8)，所 述外壳（5)的一侧设有相互咬合的第一声楔块（1)和第二声楔块（9)，所述第一声楔块（1) 与压电晶片（8)接触；所述发射电路模块（7)与定位于外壳（5)上的电缆（6)连接； 所述咬合结构具体为：第一声楔块（1)上设有多个规格相同的燕尾槽（3)，与之相对的 第二声楔块（9)上设有与燕尾槽（3)相配合的多个规格相同的凸起（16);第一、第二声楔块 之间借助燕尾槽（3)、凸起（16)相互咬合。
2. 根据权利要求1所述的发射角度可调超声波流量计探头，其特征在于：所述发射电 路模块（7)的型号为ADI公司生产的AD9223型。
【文档编号】G01F1/66GK203848888SQ201420230938
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】杜威, 刘志强, 樊孝华 申请人:国家电网公司, 国网河北省电力公司电力科学研究院, 河北省电力建设调整试验所