用于无创测量的换能器
阅读说明：本技术 用于无创测量的换能器 (Transducer for non-invasive measurement ) 是由 C·伯恩哈德 F·卡苏贝克 M·伦纳 D·帕佩 于 2019-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于无创测量的换能器(10)。换能器包括至少一个第一压电元件(20)、第二压电元件(30)和基体材料(40)。基体材料配置成安装到配置成容纳液体的容器的壁(50)。基体材料包括平面部分(60)和角形部分(70)。角形部分包括多个外面(80)。角形部分的多个外面的第一面(90)连接到平面部分的第一面(100)。与平面部分的第一面相反的平面部分的第二面(110)配置成安装到容器的壁。角形部分的多个外面的至少一个第二面(120)在基体材料内部与角形部分的多个外面的第一面以比90度的角更小的角成角度。至少一个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的至少一个第二面。第二压电元件在与基体材料的角形部分相邻的位置处安装到基体材料的平面部分的第一面。(The invention relates to a transducer (10) for non-invasive measurement. The transducer comprises at least one first piezoelectric element (20), a second piezoelectric element (30) and a matrix material (40). The matrix material is configured to be mounted to a wall (50) of a container configured to contain a liquid. The base material includes a planar portion (60) and an angular portion (70). The angled portion includes a plurality of outer faces (80). A first face (90) of the plurality of outer faces of the angular portion is connected to a first face (100) of the planar portion. A second face (110) of the planar portion opposite the first face of the planar portion is configured to be mounted to a wall of the container. At least one second face (120) of the plurality of outer faces of the angled portion is angled at an angle less than 90 degrees from the first face of the plurality of outer faces of the angled portion within the base material. At least one first piezoelectric element is mounted to at least one of the at least one second faces of the plurality of outer faces of the angled portion. The second piezoelectric element is mounted to the first face of the planar portion of the base material at a position adjacent to the angular portion of the base material.)
技术领域
本发明涉及用于无创测量的换能器（特别地，超声换能器）及相关联的无创测量方法、用于无创测量的换能器系统及相关联的无创测量方法。
背景技术
使用声学技术的包括非破坏性测试、无创流量或液位（level）测量的工业应用要求在大的角范围中将声波发射到周围的介质中的特殊类型的超声换能器。特别地，对于液位测量应用，传感器必须能够涵盖通常相对于罐（tank）表面的法向处于0与70°之间的范围内的一定跨度的角。这些要求不能通过使用单个压电元件而满足。因此，为了达到足够大的辐射角范围，通常采用通过相移电信号而驱动的压电相控阵列——参见US4692654A、WO2016134005A1以及EP0264991A1。在被抑制的旁瓣中表现出低发散度的高质量声束要求大量的压电元件（或特殊的整体压电设计）和生成具有可变的相位和振幅的信号的复杂并且因而昂贵的驱动电子器件。驱动电子器件与压电阵列之间的电连接需要被屏蔽并且隔离，考虑到大量的元件，这要求特殊布线技术并且因此成本高。另一个换能器类型由发射兰姆波的基于楔形物的换能器表示——参见P. D. Wilcox等人的“Mode and transducerselection for long-range Lamb wave inspection”，J. Int. Mat. Syst. Struct.12553（2001）和EP1111351A2，这些换能器的辐射角范围通过壁中的（兰姆）波的声速与将被证明的介质中的声速的比率而控制。例如，从钢壁到水中的辐射角能够相对于壁法向而为大约30°。发射纵向（直达）声波的换能器的辐射角通常垂直于壁，然而，辐射角不可控制。
存在用来提供允许在大的角范围内控制进入液体中的发射角的用于无创测量的改进的技术。
发明内容
因此，将会有利的是，具有用于无创测量的改进的换能器和改进的无创测量方法。
本发明的目的利用独立权利要求的主题来解决，其中，另外的实施例结合于从属权利要求中。应当注意到，本发明的下文所描述的方面还适用于用于无创测量的换能器、用于无创测量的换能器系统并且适用于无创测量方法。
在第一方面中，提供有一种用于无创测量的换能器，该换能器包括：
-至少一个第一压电元件；
-第二压电元件；以及
-基体材料。
基体材料配置成安装到配置成容纳液体的容器的壁。术语“容器”在此并且贯穿本文献在广义上使用，不限于封闭储存器（container），而是还包括至少部分打开的储存器，并且还包括配置成容纳或引导任何种类的介质（诸如，所有种类的液体、液化固体或气体）的管或管道或管线。
基体材料包括平面部分和角形部分。角形部分包括多个外面。角形部分的多个外面的第一面连接到平面部分的第一面。与平面部分的第一面相反的平面部分的第二面配置成安装到容器的壁。角形部分的多个外面的至少一个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的第一面以比90度更小的角成角度。至少一个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的至少一个第二面。第二压电元件在与基体材料的角形部分相邻的位置处安装到基体材料的平面部分的第一面。
换而言之，许多压电发射器安装到整体基座元件，并且，发射器的角度和参数根据在将被探测的液体中要求的辐射而优化。在平面取向上所安装的发射器主要用于接近容器壁的法向而发射波，而附加的发射器安装于基体材料的成角度的部分上，所述附加的发射器用于激励在更接近切向方向的角度下被辐射的波。成角度的部分能够由能够针对不同的辐射角度而优化的不同的楔形区段形成。以此方式，提供总角度范围。因而，使用离散的压电件发射器来提供特殊布置，以便实现大的跨度的辐射角度。这使下者组合：（i）压电发射器取向成相对于壁表面而平行或构成倾斜角（“楔型”）；（ii）使用不同的尺寸和形状的压电发射器；（iii）使用压电发射器的不同声模（以不同频率激励）；（iv）使换能器基体上的压电件位置变化；（v）选取换能器基体材料。在本描述中，描述了信号的发射。由于系统的线性度的原因，存在信号的发射和接收的性质的相互作用——因此，良好的发射器也是对于相应的信号的良好的接收器。因此，本发明将用于发射到液体中并且从液体接收的系统结合。
换而言之，利用特殊布置的发射器，其中，个别地操作的发射器以特定的安装角度固定到单个整体基体元件。角度和压电参数根据所要求的辐射角度范围而优化。发射过程（直达波和/或兰姆波）及对应的发射模式能够通过在不同的发射器之间切换并且在适当的频率范围内操作这些发射器而选取。提供如下的紧凑的换能器设计：使用简单的电子器件，提供改进的效率，具有高的设计灵活性，并且提供高的稳健性和可靠性。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面以比90度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面以比180度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面相连。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面与角形部分的多个外面的第一面相连。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第一个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面，并且，至少一个第一压电元件中的第二个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面位于与第二压电元件安装到平面部分的位置相邻的角形部分的一侧上。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比90度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比180度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面相连。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的第一面相连。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第三个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第四个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面。
在第二方面中，提供了一种无创测量方法，该无创测量方法包括：
a）将基体材料安装到容纳液体的容器的壁，其中，基体材料包括平面部分和角形部分，其中，角形部分包括多个外面，其中，角形部分的多个外面的第一面连接到平面部分的第一面，其中，与平面部分的第一面相反的平面部分的第二面安装到容器的壁，其中，角形部分的多个外面的至少一个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的第一面以比90度的角更小的角成角度，其中，至少一个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的至少一个第二面；并且其中第二压电元件在与基体材料的角形部分相邻的位置处安装到基体材料的平面部分的第一面；以及
b）激活（220）至少一个第一压电元件和第二压电元件。
在第三方面中，提供有一种用于无创测量的换能器系统，该换能器系统包括：
-至少一个第一压电元件（310）；
-第二压电元件（320）；以及
-基体材料（330）。
基体材料包括多个外面。多个外面的第一面安装到配置成保存液体的容器的壁。多个外面的至少一个第二面在基体材料内部与第一面以比90度的角更小的角成角度。至少一个第一压电元件安装到至少一个第二面中的至少一个第二面。第二压电元件在与基体材料相邻的位置处安装到容器的壁。
换而言之，安装到平面部分的压电发射器也能够作为单独的单元而安装到容器的壁，而不是具有带有平面部分和成角度的部分的基体材料，其中，压电发射器安装到平面部分（以及安装到成角度的部分）。另外，压电发射器能够直接地安装到壁或经由单独的平面基体材料来安装。这允许关于压电发射器的精确的安装位置的更大的灵活性。
在示例中，第二压电元件经由中间平面基体材料安装到容器的壁。第二压电元件安装到平面基体材料的第一表面，并且，与平面基体材料的第一表面平行的平面基体材料的第二面安装到容器的壁。
在示例中，至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与至少一个第二面中的第二个第二面以比90度的角更大的角成角度。
在示例中，至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与至少一个第二面中的第二个第二面以比180度的角更大的角成角度。
在示例中，至少一个第二面中的第一个第二面与至少一个第二面中的第二个第二面相连。
在示例中，至少一个第二面中的第一个第二面与第一面相连。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第一个第一压电元件安装到至少一个第二面中的第一个第二面，并且至少一个第一压电元件中的第二个第一压电元件安装到至少一个第二面中的第二个第二面。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面位于与第二压电元件安装到平面部分的位置相邻的角形部分的一侧上。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比90度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比180度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面相连。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的第一面相连。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第三个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第四个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面。
在第四方面中，提供有一种无创测量方法，该无创测量方法包括：
a）将基体材料安装到容纳液体的容器的壁，其中，基体材料包括多个外面，其中，多个外面的第一面安装到容器的壁，其中，多个外面的至少一个第二面在基体材料内部与第一面以比90度的角更小的角成角度，并且其中至少一个第一压电元件安装到至少一个第二面中的至少一个第二面；
b）在与基体材料相邻的位置处将第二压电元件安装到容器的壁；以及
c）激活至少一个第一压电元件和第二压电元件。
上文的方面和示例将从下文中所描述的实施例变得明显并且参考这些实施例而阐明。
附图说明
将参考以下的附图而在下文中描述示范性实施例：
图1示出用于无创测量的换能器的示意性表示；
图2示出无创测量方法；
图3示出用于无创测量的换能器系统的示意性表示；
图4示出无创测量方法；
图5示出图1的换能器的示例；
图6示出图1的换能器的示例；以及
图7示出图1的换能器的示例。
具体实施方式
图1示出用于无创测量的换能器10的示例。换能器包括至少一个第一压电元件20、第二压电元件30以及基体材料40。基体材料配置成安装到配置成容纳液体的容器的壁50。
术语“容器”在此并且贯穿本文献在广义上使用，不限于封闭储存器，而是还包括至少部分地打开的储存器，并且还包括配置成容纳或引导任何种类的介质（诸如，所有种类的液体、液化固体或气体）的管或管道（plumbing）或管线。
基体材料包括平面部分60和角形部分70。角形部分包括多个外面80。在此处所示出的示范性实施例中，角形部分的多个外面的第一面90连接到（或联结到）平面部分的第一面100。通常，角形部分和平面部分物理地形成相同的单元。通常，角形部分和平面部分由同一块材料制成，即，存在其中不需要如此的“连接”的可能的实施例。与平面部分的第一面相反的平面部分的第二面110配置成安装到容器的壁。角形部分的多个外面的至少一个第二面120在基体材料内部与角形部分的多个外面的第一面以比90度的角更小的角成角度。至少一个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的至少一个第二面。第二压电元件在与基体材料的角形部分相邻的位置处安装到基体材料的平面部分的第一面。
换而言之，设置如下：具有（多个）面的换能器主体与垂直于测量方向的方向对准。这些面的法向到壁的法向处于0（平面情况）与<90度之间。正生成超声束的压电件元件安装于这些面上。系统具有带有不同角的至少两个不同侧面（phase）并且有可能具有压电件与壁之间的不同距离，从而允许在液体中生成不同辐射模式。
在示例中，能够提供各种形状的设计：a）简单（图5）；b）帽（图6）；以及c）帐篷（图7）。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面以比90度的角更大的角成角度。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面以比180度的角更大的角成角度。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面相连。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面与角形部分的多个外面的第一面相连。
根据示例，至少一个第一压电元件中的第一个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面，并且，至少一个第一压电元件中的第二个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面位于与第二压电元件安装到平面部分的位置相邻的角形部分的一侧上。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比90度的角更大的角成角度。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比180度的角更大的角成角度。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面相连。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的第一面相连。
根据示例，至少一个第一压电元件中的第三个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面。
根据示例，至少一个第一压电元件中的第四个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面。
图2示出无创测量方法200，无创测量方法200包括：
在安装步骤210（其也被称为步骤a））中，将基体材料安装到容纳液体的容器的壁，其中，基体材料包括平面部分和角形部分，其中，角形部分包括多个外面，其中，角形部分的多个外面的第一面连接到平面部分的第一面或物理地为平面部分的第一面的一部分，其中，与平面部分的第一面相反的平面部分的第二面安装到容器的壁，其中，角形部分的多个外面的至少一个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的第一面以比90度的角更小的角成角度，其中，至少一个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的至少一个第二面；并且其中第二压电元件在与基体材料的角形部分相邻的位置处安装到基体材料的平面部分的第一面；以及
在激活步骤220（其也被称为步骤b））中，激活压电元件中的至少一个。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面以比90度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面以比180度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面相连。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面与角形部分的多个外面的第一面相连。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第一个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面，并且至少一个第一压电元件中的第二个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第二个第二面。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面位于与第二压电元件安装到平面部分的位置相邻的角形部分的一侧上。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比90度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比180度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面相连。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的第一面相连。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第三个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第四个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面。
图3示出用于无创测量的换能器系统300的示例。换能器系统包括至少一个第一压电元件310、第二压电元件320以及基体材料。基体材料包括多个外面340。多个外面的第一面350安装到配置成保存液体的容器的壁360。多个外面的至少一个第二面370在基体材料内部与第一面以比90度的角更小的角成角度。至少一个第一压电元件安装到至少一个第二面中的至少一个第二面。第二压电元件在与基体材料相邻的位置处安装到容器的壁。
根据示例，第二压电元件经由中间平面基体材料380安装到容器的壁，其中，第二压电元件安装到平面基体材料的第一表面390，并且，与平面基体材料的第一表面平行的平面基体材料的第二面395安装到容器的壁。
根据示例，至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与至少一个第二面中的第二个第二面以比90度的角更大的角成角度。
根据示例，至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与至少一个第二面中的第二个第二面以比180度的角更大的角成角度。
根据示例，至少一个第二面中的第一个第二面与至少一个第二面中的第二个第二面相连。
根据示例，至少一个第二面中的第一个第二面与第一面相连。
根据示例，至少一个第一压电元件中的第一个第一压电元件安装到至少一个第二面中的第一个第二面，并且至少一个第一压电元件中的第二个第一压电元件安装到至少一个第二面中的第二个第二面。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面位于与第二压电元件安装到平面部分的位置相邻的角形部分的一侧上。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比90度的角更大的角成角度。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比180度的角更大的角成角度。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面相连。
根据示例，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的第一面相连。
根据示例，至少一个第一压电元件中的第三个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面。
根据示例，至少一个第一压电元件中的第四个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面。
图4示出无创测量方法400，无创测量方法400包括：
在安装步骤410（其也被称为步骤a））中，将基体材料安装到容纳液体的容器的壁，其中，基体材料包括多个外面，其中，多个外面的第一面安装到容器的壁，其中，多个外面的至少一个第二面在基体材料内部与第一面以比90度的角更小的角成角度，并且其中至少一个第一压电元件安装到至少一个第二面中的至少一个第二面；
在安装步骤420（其也被称为步骤b））中，在与基体材料相邻的位置处将第二压电元件安装到容器的壁；以及
在激活步骤430（其也被称为步骤c））中，激活至少一个第一压电元件和第二压电元件。
在示例中，至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与至少一个第二面中的第二个第二面以比90度的角更大的角成角度。
在示例中，至少一个第二面中的第一个第二面在基体材料内部与至少一个第二面中的第二个第二面以比180度的角更大的角成角度。
在示例中，至少一个第二面中的第一个第二面与至少一个第二面中的第二个第二面相连。
在示例中，至少一个第二面中的第一个第二面与第一面相连。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第一个第一压电元件安装到至少一个第二面中的第一个第二面，并且至少一个第一压电元件中的第二个第一压电元件安装到至少一个第二面中的第二个第二面。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第一个第二面位于与第二压电元件安装到平面部分的位置相邻的角形部分的一侧上。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比90度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面在基体材料内部与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面以比180度的角更大的角成角度。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面相连。
在示例中，角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面与角形部分的多个外面的第一面相连。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第三个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第三个第二面。
在示例中，至少一个第一压电元件中的第四个第一压电元件安装到角形部分的多个外面的至少一个第二面中的第四个第二面。
现在参考图5-7而更详细地描述用于无创测量的换能器和无创测量方法。
图5示出简单的组合的换能器设计，该设计是图1中所示出的换能器的详细示例。图6示出帽换能器设计，该设计是图1中所示出的换能器的详细示例。图7示出帐篷换能器设计，该设计是图1中所示出的换能器的详细示例。在所有的三个图中，示出对应的声辐射角度范围。对于这些换能器，许多离散的压电元件放置于单个整体换能器基体元件上。个别地操作的发射器生成在某一角度范围内发射并且在介质中产生不同的发射圆锥的横向波或纵向波。换能器安装到容纳介质（例如，未在这些图中示出的液体）的容器的壁。由个别的发射器产生的辐射的所有圆锥的组合说明换能器的总角度跨度。放置或安装于基体材料的平面部分上的（一个或多个）发射器主要用于纵向（或直达）波的发射。然而，如在与图3-4相关联的描述中详述的，平面部分不需要为整体基体元件的一部分，并且若有必要，则能够经由中间单独的基体材料单独地安装到容器壁。而且，尽管在一般的讨论中，描述了仅一个发射器安装于基体材料的平面部分上，但多于一个发射器能够安装到基体材料的平面部分，或多于一个发射器能够单独地安装到成角度的基体材料。继续参考图5-7中所示出的平面安装的发射器，压电发射器优选地以其厚度谐振被操作，以便生成纵向波，所述纵向波通过底板传播并且在周围的介质中激励声波。这些波（接近）法向于容器壁而传播。
安装于基体材料的楔形部分上的（一个或多个）发射器用于兰姆模式的激励，以便在液体中激励处于相对于壁法向大约30°至90°的角度范围内的声波——对于泄漏兰姆波的这些角度（由于兰姆波的分散）取决于频率。最佳耦合角度（相对于壁法向的换能器侧上的进入的射线的角度）由壁中的兰姆模式的传播速度和基体材料中的声速确定。因此，耦合角度被选取，使得耦合角度满足对于与进入液体中的期望的发射角度对应的频率的该条件。如果期望的角度改变，则必须选取不同的耦合角度——以及因此发射面的角取向——这就是为何可能有必要还使用多个压电元件来涵盖将被兰姆波发射涵盖的角区域。
换而言之，从不同侧面发射的不同压电元件涵盖不同角范围。通过压电件类型和角度的巧妙组合，一个压电元件能够涵盖整个角范围。
发射器与壁之间的距离确定壁上的被照射的表面的尺寸，并且允许控制束发散度。对于基体材料的选取，必须满足两个标准：a）适当的声模（纵向或横向）的声速必须低于介质的声速；以及b）声阻尼应当足够高，以便避免由于内反射而导致的不需要的声辐射。技术人员将意识到适当的材料。
具有位于换能器基体上的若干压电元件允许以下的附加的功能：a）确定换能器内部传播时间，这产生改进的测量准确度的结果；b）利用若干压电元件来进行冗余液位测量；以及c）系统的功能性检验，这产生改进的可靠性的结果。
必须注意到，参考不同的主题而描述本发明的实施例。特别地，一些实施例参考方法类型权利要求而描述，而其它实施例参考装置类型权利要求而描述。然而，本领域技术人员将从上文和下文的描述收集，除非另外被通知，否则除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，与不同的主题有关的特征之间的任何组合也被认为是利用本申请来公开。然而，所有特征都能够被组合，从而提供超过特征的简单汇总的协同作用。
虽然已在附图和前文的描述中详细地图示并且描述本发明，但这样的说明和描述将被认为是说明性的或示范性的并且非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开以及从属权利要求，由本领域技术人员在实践要求保护的发明中能够理解并且实施对于所公开的实施例的其它变型。
在权利要求中，单词“包括”不排除其它元件或步骤，并且，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中所记载的若干项的功能。仅仅在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实不指示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。
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