一种高压气体检波器
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202210573374.7 | 申请日 | 2022-05-24 |
| 公开(公告)号 | CN114993415A | 公开(公告)日 | 2022-09-02 |
| 申请人 | 杭州瑞利超声科技有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 楼成淦; 黄清龙; 涂馨予; 祝乃轩; 金杭超; | 第一发明人 | 楼成淦 |
| 权利人 | 杭州瑞利超声科技有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 杭州瑞利超声科技有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：浙江省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：浙江省杭州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：浙江省杭州市西湖区转塘科技经济区块16号6幢609室 | 邮编 | 当前专利权人邮编：310000 |
| 主IPC国际分类 | G01F23/296 | 所有IPC国际分类 | G01F23/296 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 6 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 杭州赛科专利代理事务所 | 专利代理人 | 宋飞燕; |
| 摘要 | 本 发明 涉及油井液位检测技术领域，尤其是一种高压气体 检波器 ，包括 外壳 和设置在外壳内的检波器，所述外壳的 侧壁 上设置有贯通外壳内部的通孔，所述通孔上可拆卸设置有堵头，所述检波器包括 支架 、内壳和设置在内壳中的圆片状压电陶瓷元件，所述内壳安装有两个，且两个内壳中呈对称设置在支架上，且两个内壳中的圆片状压电陶瓷元件位于支架内相对设置，两个圆片状压电陶瓷元件之间设置有间隙，所述内壳上设置有出线孔和走线槽，本发明适合于高压下工作的气枪检波器，其敏感元件为压电陶瓷，具有结构合理，易于装配的特点。 | ||
| 权利要求 | 1.一种高压气体检波器，其特征在于：包括外壳和设置在外壳内的检波器，所述外壳的侧壁上设置有贯通外壳内部的通孔，所述通孔上可拆卸设置有堵头，所述检波器包括支架、内壳和设置在内壳中的圆片状压电陶瓷元件，所述内壳安装有两个，且两个内壳中呈对称设置在支架上，且两个内壳中的圆片状压电陶瓷元件位于支架内相对设置，两个圆片状压电陶瓷元件之间设置有间隙，所述内壳上设置有出线孔和走线槽，出线孔设置在走线槽内，圆片状压电陶瓷元件的电极连接线通过出线孔引出，且电极连接线置于走线槽内，所述支架上设置有对应于两个圆片状压电陶瓷元件配合之间间隙的声波通孔，声波通孔对应于外壳上的通孔设置。 |
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| 说明书全文 | 一种高压气体检波器技术领域[0001] 本发明涉及油井液位检测技术领域，具体领域为一种高压气体检波器。 背景技术[0002] 油井液位仪是对油井液面自动监测的重要装置，主要由主机、高压气枪，减压阀、控制电缆和上位机显控软件组成，其中高压气枪主要包括气腔和检波器，气腔用于发射脉冲声信号，检波器用于接收油井液面反射回来的声波信号，并将采集到的信号经过后端算法处理后传至计算机中进行实时监控。因此，高压气枪中检波器的结构对液位仪的监测油井液位的准确度有重要影响，脉冲回波频率通常为几赫兹到几十赫兹的低频脉冲声信号，检波器在设计上需承受高压脉冲回波，有效接收低频脉冲信号； [0004] 圆管型检波器为压电式检波器常用结构，主要为压电圆管及四周固支的片状换能器，主要靠压电圆管自身承受压力压电圆管的低频接收灵敏度和其平均半径成正比，与其壁厚成反比，即半径越大，管壁越薄灵敏度越高。因此，压电圆管式检波器尺寸与接收灵敏度不可兼得，若要得到高灵敏度检波器，则圆管尺寸较大，不利于安装；若缩减圆管尺寸又要兼顾灵敏度，只能减小管壁厚度，对圆管的耐压性有影响； [0005] 盒状结构检波器，片状检波器主要敏感元件为压电陶瓷圆片，将压电陶瓷圆片通过金属或非金属结构形成四周固支的边界条件，并将上述结构粘接于金属盒体内，并通过在金属盒体上设置阻尼管或气门，达到平衡内外气压差的作用，盒状结构检波器需要通过外部结构实现内外压平衡，结构上更为复杂；阻尼管或气门这种装置容易在工作过程中进入油污，不易清洗，长期使用可能会造成检波器失效；此外，金属盒盒体壁厚通常较薄，长期使用可能会存在变形的风险，造成结构衔接不当，对声波存在不同程度的阻挡作用，从而降低性能。 发明内容[0006] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高压气体检波器，通过合理设计检波器结构，使检波器具有灵敏度高、耐压性好的性能特点及易于清洗的结构优势。 [0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高压气体检波器，包括外壳和设置在外壳内的检波器，所述外壳的侧壁上设置有贯通外壳内部的通孔，所述通孔上可拆卸设置有堵头，所述检波器包括支架、内壳和设置在内壳中的圆片状压电陶瓷元件，所述内壳安装有两个，且两个内壳中呈对称设置在支架上，且两个内壳中的圆片状压电陶瓷元件位于支架内相对设置，两个圆片状压电陶瓷元件之间设置有间隙，所述内壳上设置有出线孔和走线槽，出线孔设置在走线槽内，圆片状压电陶瓷元件的电极连接线通过出线孔引出，且电极连接线置于走线槽内，所述支架上设置有对应于两个圆片状压电陶瓷元件配合之间间隙的声波通孔，声波通孔对应于外壳上的通孔设置。 [0008] 优选的，所述支架为尼龙支架。 [0011] 优选的，所述出线孔上设置有绝缘套，圆片状压电陶瓷元件的电极连接线通过绝缘套后伸出，并置于外壳外部。 [0012] 优选的，所述检波器与外壳的连接面之间设置有密封圈。 [0013] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：适合于高压下工作的气枪检波器，其敏感元件为压电陶瓷，具有结构合理，易于装配的特点； [0014] 检波器采用不锈钢壳体，具有形状规则的外观特点，便于与高压气枪的其他部分安装连接。前后端设计了开口，便于气流进入，内部设计了气流流道；此外，双端开口有利于对检波器进行清洗，从而避免内部油污堆积影响性能。接收声波频率较低，固支边界条件下的压电陶瓷圆片具有固有工作频率低的特点，适合用于接收低频声波。为增加接收灵敏度，两只压电陶瓷圆片以电学串联形式安装于壳体内部，并通过非金属零件进行机械夹持，此外通过非金属零件与不锈钢壳体隔开，形成陶瓷与外壳的电绝缘，陶瓷片上方各有一个通孔，主要作用为联通检波器壳体内部与外部，在检波器接收声波时平衡内外压力。附图说明 [0015] 图1为本发明的结构示意图； [0016] 图2为本发明的检波器结构图一； [0017] 图3为本发明的检波器结构图二； [0018] 图4为本发明的剖视图结构图； [0019] 图5为本发明的检波器爆炸图； [0020] 图6为本发明的检波器剖视结构图一； [0021] 图7为本发明的检波器剖视结构图二。 [0022] 图中：1、外壳；2、通孔；3、堵头；4、支架；5、内壳；6、圆片状压电陶瓷元件；7、出线孔；8、走线槽；9、声波通孔；10、密封圈；11、绝缘套。 具体实施方式[0023] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0024] 下述为相关术语解释说明： [0025] 脉冲回波：声波脉冲在某介质中传播时，遇到障碍物会产生反射和散射现象，反射及散射的声波会沿着与原来声波传播相反方向传播回来，称为脉冲回波。 [0026] 简支边界条件：边界条件的一种，边界上挠度为0，曲率也为0。 [0027] 机械夹持：通过特殊构件对原件周边进行固定，在力学上称为夹持。 [0028] 固有工作频率：也称为自然频率，结构受到外界激励产生振动时，只由系统本身性质决定的特定的频率； [0029] 油井用高压液位仪是探测油井内液面高度的装置，主要由主机、高压气枪，减压阀、控制电缆和上位机显控软件组成，其中高压气枪主要包括气腔和检波器，气腔里储存气体，通过阀门及活塞等外部结构作用下发射形声波脉冲。声波经过油井中石油‑空气界面反射后由检波器接收声信号，将声信号转化为电信号后将传给后续算法及软件进行处理及显示。 [0030] 因此，检波器作为接收声波、为后端系统提供电信号的元件，其设计应该满足：1、谐振频率低(气枪回波信号频率较低)；2、低频灵敏度高；3、检波器结构耐压性好；4、检波器结构便于清洗油污。 [0031] 参阅图1至7，本发明提供一种技术方案：一种高压气体检波器，包括外壳和设置在外壳内的检波器，所述外壳为采用奥氏体不锈钢制成的不锈钢外壳，所述外壳的侧壁上设置有贯通外壳内部的通孔，通孔在外壳上为中央通孔贯穿，所述通孔上可拆卸设置有堵头，堵头处也可设置一小密封圈，当检波器处于工作状态时，外壳通孔一端嵌入一只堵头，便于敏感元件接收声波。当检波器需要清洗时，可以拆掉堵头，便于水流冲洗。 [0032] 所述检波器包括支架、内壳和设置在内壳中的圆片状压电陶瓷元件，圆片状压电陶瓷元件作为检波器敏感元件，所述内壳安装有两个，且两个内壳中呈对称设置在支架上，且两个内壳中的圆片状压电陶瓷元件位于支架内相对设置，两个圆片状压电陶瓷元件之间设置有间隙，所述内壳上设置有出线孔和走线槽，出线孔设置在走线槽内，圆片状压电陶瓷元件的电极连接线通过出线孔引出，且电极连接线置于走线槽内，所述支架上设置有对应于两个圆片状压电陶瓷元件配合之间间隙的声波通孔，声波通孔对应于外壳上的通孔设置，所述支架为尼龙支架，所述内壳为铝合金内壳。 [0033] 压电陶瓷圆片与电极片粘接后，再粘接在铝合金内壳上，陶瓷圆片处于四周固支的边界条件，接收声波时，压电陶瓷处于弯曲振动的工作状态，具有低频灵敏度高的特点。上下两组压电陶瓷圆片通过尼龙支架来分隔开，构成检波器的敏感结构。 [0034] 压电圆片通过内外压平衡的方式达到耐压的特点，铝合金内壳上的出线孔及走线槽与检波器支架上的通孔联通，当声波传来时，可以通过这些孔与槽迅速实现检波器内外压的平衡，从而实现检波器耐压的特性。 [0035] 所述出线孔上设置有绝缘套，圆片状压电陶瓷元件的电极连接线通过绝缘套后伸出，并置于外壳外部。 [0036] 为方便将压电陶瓷电极引线接出，且保证焊点的牢固，采用铜芯作为引线转接部件，并采用绝缘套使铜芯与检波器不锈钢外壳隔开，采用尼龙垫片使铜芯与铝合金内壳隔开，避免铜芯与金属部件短接，铜芯的一面连接从压电陶瓷接出的电极线，另一面通过检波器外壳的出线孔将电极线引出。 [0037] 所述检波器与外壳的连接面之间设置有密封圈。 [0038] 检波器侧盖通过安装橡胶密封圈起到将检波器密封的作用，侧盖通过螺钉与检波器外壳连接，连接较为紧密。 [0039] 检波器为油井测井用液位仪上用于接收从油井液面反射回来声波的装置，压电元件因其耐压性强，动态范围大，灵敏度高等特点广泛应用于测井检波器中，因此，本发明采用压电元件作为检波器敏感元件。检波器外壳起到耐压、保护内部压电敏感元件的作用，因此需具备抗压能力和耐油污腐蚀能力，因此采用AISI304不锈钢作为外壳材料。压电陶瓷圆片与铜电极片粘接后，再粘接于检波器内壳内侧，检波器支架起到分隔开两个内壳并支撑内壳的作用，将两个检波器内壳分别粘接在支架上，构成检波器敏感结构的主体部分。 [0040] 压电陶瓷圆片的电极引线通过内壳和垫片上的两个出线孔连接到铜芯的一侧，另一路电极引线连接铜芯的另一侧，并穿过绝缘垫与检波器外壳上的两个出线孔与外部电路连接。 [0041] 将检波器支架、内壳、压电陶瓷圆片等结构依次装入检波器外壳后，通过密封圈、侧盖及螺钉将检波器密封，并将内部结构压紧，完成检波器安装。当检波器工作时，用密封圈和堵头将检波器通孔一侧堵住，便于接收脉冲回波。当清洗检波器时，可以拆掉堵头和密封圈对检波器进行冲洗。 [0042] 通过本技术方案，本发明是一种应用于石油测井技术中接收声波并将声信号转为电信号的检波器，为增加检波器的低频接收灵敏度，通过采用弯曲振动的振动形式，以压电陶瓷圆片为敏感元件设计检波器，并通过将上下两组压电圆片串联，使其灵敏度更高，采用双压电圆片串联方式，利用压电圆片弯曲振动，提高检波器低频灵敏度。 [0043] 为解决检波器长期使用容易有油污的问题，设计外壳通孔可以方便检波器冲洗，延长使用寿命，保证测试精度，检波器壳体设置通孔，为声波传播提供通道，为清洗检波器油污提供冲洗通道。 [0044] 通过内壳的走线孔、槽及支架上的通孔设计，可以实现压电陶瓷圆片的内外压平衡，达到耐压性能，利用内壳和支架上的通孔联通，能迅速平衡压电圆片的内外压，使检波器耐压性能得到保障。 [0045] 检波器侧盖可以与气枪通过过螺钉连接，连接方式简单、牢固。侧盖内侧通过密封圈将内壳及支架等结构固定，增加结构的可靠度。 [0046] 关于压电陶瓷圆片内外压平衡处理方面，从油井液面反射回来的压力声波从声波孔进入，作用在压电陶瓷外表面上，与此同时，结构上通过气压孔、走线槽及出线孔迅速平衡压电陶瓷的内外压，使压电陶瓷可以承受压力。 |
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