[发明专利]用于无创测量的超声换能器

说明书

本发明涉及用于无创测量的超声兰姆波换能器(100，102)。换能器(100，102)配置成发射或接收超声兰姆波束(110，112)以用于测量。超声兰姆波(110，112)的发射和接收各自具有方向，以及脉冲通过至少一个参数来定义。超声兰姆换能器(100，102)包括压电复合物致动器，该压电复合物致动器配置成通过以适合于超声兰姆波的生成的频率发射声辐射来控制超声兰姆波的发射方向。

技术领域

本发明涉及用于无创测量的超声波换能器、控制器以及用于制造用于无创测量的超声换能器的方法。

背景技术

超声收发器在医疗应用中用来扫描例如器官，或者在机械应用中用来调查可能损坏的材料，这能够通过超声技术按照无损方式来执行。此外，它们能够适用于例如容器中的液体或组织的液位测量。在这些情况下，超声波由通常在容器的顶部或底部处的超声装置发射，以及相同频率的回波(或者更高谐波)从液位界面被反射回装置，所述装置接收回波。也就是说，使用与罐壁（tank wall）平行的直的声波束。

由于容器的底部通常不是可接近的，所以可通过将超声装置附着在容器的侧壁来执行测量。例如罐中的液体的无创液位测量因此可由发射器和接收器来执行。发射器被放置在容器壁外部以及液体表面的液位下方的第一位置处。发射器将作为初波的超声波发射到容器壁中，使得初级兰姆波的一部分采取压力波的形式在倾斜且向上的方向上朝液体表面从容器壁泄漏到液体中。

接收器以这样的方式被放置在容器壁外部以及液体表面的液位下方的第二位置处，以致于接收器能够接收次波，该次波通过压力波在被液体表面反射之后碰撞容器壁来生成。

因此，对于无创测量(例如飞行时间测量)，期望具有用来控制按照某些条件所适配的声波束的方向的可能性。术语“飞行时间”涉及信号的发射与接收之间经过的时间。例如，从罐侧的液位的测量要求声波束角被调整，使得从液体表面所反射的波束碰撞接收器。由于待测量液位不是恒定的，所以发射波的方向必须被改变。期望一种类型的发射器，该发射器能够引导（steer）宽角度范围中并且具有充分幅度的声波。由于兰姆波的角度控制与声场的波长直接相关，所以大角度调谐性要求频域中的电声换能元件的宽带宽。

发明内容

此问题通过独立权利要求的主题来解决。实施例通过从属权利要求、以下描述和附图来提供。

所述实施例类似地涉及用于制造用于无创测量的超声换能器的超声兰姆波换能器方法、超声兰姆波换能器的使用以及用于控制介质中的声波束的辐射角的控制器。协同效应可产生于实施例的不同组合，但是可能没有详细描述它们。

更进一步，应该注意，涉及方法的本发明的全部实施例可能利用如所述的步骤的顺序来执行，然而这不必是该方法步骤的唯一且必需的顺序。本文提供的方法能够利用所公开步骤的另一种顺序来执行，而没有背离相应方法实施例，除非下文另有明确相反地提及。

技术术语根据其常识来使用。如果特定含意被表达成某些术语，则下面将在使用术语的上下文中给出术语的定义。

将电能转换为声能的发射器以及将声能转换为电能的接收器在本公开中称作换能器。

按照第一方面，提供一种用于无创测量的超声兰姆波换能器。该换能器配置成发射或接收超声兰姆波脉冲以用于测量。超声兰姆波(110、112)的发射和接收各自具有方向，以及脉冲通过至少一个参数来定义。测量基于超声兰姆波的发射方向或接收方向以及描述脉冲的至少一个参数。超声兰姆换能器包括压电复合物（piezocomposite）致动器，该压电复合物致动器配置成通过以适合于超声兰姆波的生成的频率发射声辐射来控制超声兰姆波的发射方向。术语“兰姆波脉冲”表示波相对于时间的短发射。

按照实施例，至少一个脉冲参数是下列中的一个：载波频移；飞行时间；脉冲宽度；衰减；脉冲幅度；或者其组合。