無線噴槍的製作方法
2023-05-13 03:35:21 2
無
背景技術：
人們一般使用帶有一次性浸沒傳感器的噴槍來測量熔融金屬的特性。當把浸沒傳感器浸沒到熔融金屬中的時候，可以將溫度等測量數據從傳感器裝置傳送給接收儀器。以前這種傳送操作是用模擬布線電路執行的，這些電路例如是通常用銅、銅合金或者是熱電偶補償電纜(thermocouple compensating cable)製造而成的電路。
常規的一次性熔融金屬浸沒系統使用的裝置中帶有浸沒傳感器，這些浸沒傳感器可以進行一次性測量，然後可以丟棄掉，例如見美國專利第3,643,509號中的說明，該專利的全部披露以引用的方式併入本文中。這類浸沒傳感器一般固定在浸沒裝置的保護套的遠端上。這種保護套通常是用卡紙板製造而成。傳感器和卡紙板保護套經過布置，可以滑動式配合在中空導管上方，這個中空導管也可以稱作噴槍枝架。傳感器連接到連接器構件上，這個連接器構件也可以稱作接觸塊，參照美國專利第4,893,516號中的說明，該專利的全部披露以引用的方式併入本文中。接觸塊的位置在導管末端上，可以用來收納浸沒傳感器的模擬電輸出端。浸沒傳感器用可拆卸的方式連接到連接器構件上。噴槍枝架的內部鋪設了有護套的電纜，可以耐受接觸塊與接觸塊相對的末端上的插口(receptacle)之間的導管的熱環境，請參照美國專利第5,043,023號中的說明，該專利的全部披露以引用的方式併入本文中。
所述插口提供一個端子，用於通過另一條模擬電纜將這些電信號線延伸到一臺儀器上，這臺儀器可以解釋和處理所述模擬信號，並且將傳感器結果顯示出來。這個包括浸沒傳感器、噴槍枝架、信號電纜和儀器的電路通過線路和線路連接器連接在一起，並且可以拆卸開來。測量電路的每個部分，包括所有電連接、線路和電纜，優選都是用與熱電偶或其他所用傳感器的類型專門兼容並且與之互補的材料構造而成。
所述一次性浸沒傳感器的卡紙板保護套包括兩個主要部分，每個部分有不同用途。保護套的下部或遠端部分與熔融金屬直接接觸，並且在與熔融金屬還有熱熔渣層發生劇烈反應時會被快速消耗掉，所述熱熔渣層一般覆蓋在熔融金屬的表面上。如果要使傳感器至少在完成測量操作之前經受得住反應並得到保護，卡紙板套的質量必須足夠大。如果還沒獲得測量結果，浸沒的卡紙板套就提前損壞，那麼在最壞的情況下，熔融金屬會破壞噴槍枝架的電接點部分，這樣造成的損害必須先得到修復，然後才能獲得後面的測量結果。
卡紙板管的第二鄰接部分向上從熔融金屬浴延伸出來，保護噴槍枝架的遠端免受金屬噴濺的危害，並且不會因熔融金屬浴、熔渣和任何靠近熔融金屬密閉殼的熱表面輻射出來的熱量受到損害。如果保護卡紙板套在熔融金屬浴上方的部分太低，無法遮擋輻射出來的熱量，或者因大氣中的氧氣作用而發生劇烈燃燒，那麼噴槍枝架就會發生局部加熱。在這個「熱區」當中，噴槍枝架的內部線路可能會遇到極端的熱量，這可能會損害噴槍內部線路的絕緣的電學完整性，這樣的話可能還需要先進行修復，然後才能獲得後續的測量結果，如此便造成了延遲。
在每次測量循環過程中，噴槍枝架內的電路的不可置換部分，還有噴槍枝架端子與儀器之間的那些部分，可能會遇到密集的輻射熱量、熔融金屬噴濺，還有與熱熔融表面和其他固體受熱表面發生直接接觸。這些狀況會造成線路、電纜和連接器發生絕緣擊穿、拉伸、磨耗和損耗，從而導致電路的一個或一個以上部分最終發生故障。電路發生故障後，必須加以修復或更換，這又會產生額外的費用，而且在修復過程中，必要的設備將無法運轉。如果使用的是自動機械浸沒系統或機器人，那麼在人力、材料和自動系統停工時間方面的維修和更換成本都很高。此外，在手動浸沒情況下，連接噴槍枝架與儀器用的電纜通常在地板上被拖來拖去，時常受到噴濺金屬和行動裝置的損害。這類電纜還可能會把附近的工人絆倒。
遇到這類問題的設備不只有浸沒噴槍。鑄造廠和澆鑄車間的測量場所也會使用一些帶有內部線路電路的傳感器，其中一部分金屬會被移除到測量場所。因為上文所描述的極端狀況，一段時間之後這些傳感器可能會發生模擬線路故障。美國專利第4,056,407、5,037,211、5,804,006和5,388,908號中說明了這類傳感器，這些專利全部以引用方式併入本文中。
在鋼鐵製造工業環境中，不但通常會在熔融金屬當中遇到高溫，而且在製造和運輸熔融金屬的過程中使用的容器和處理管道中間和周圍的表面和結構當中，也會遇到高溫。在製造、監控和控制這些工藝時利用的傳感器裝置和對應測量電路，時常會反覆遇到這些惡劣的狀況，足以導致發生物理毀壞和/或變質，以至於度量結果不準確或者無法獲得。
在某些工業環境中，會用聲學方式在一個結構或設備的固體材料內傳輸數據，例如石油鑽塔的鑽井套管。美國專利第5,568,448和5,675,325號中說明了一些井底遙測裝置(Downhole telemetry device)，這些裝置利用磁致伸縮材料在鑽井套管的金屬中產生超聲波。這些專利披露了磁致伸縮致動器的使用，所述磁致伸縮致動器安裝在鑽管的中間位置中，其中鑽管用作諧振管主體。在將致動器的磁致伸縮材料圍起的線圈上用預定頻率施加激磁電流，會讓鑽管發生變形。這種變形會產生聲波或超聲波，這些波在鑽管材料中傳播。傳播波信號被放在致動器的井口位置的接收器接收，並且在地表上接受處理。
這樣產生的聲波的傳輸效率在高頻時(大體上大於400Hz)最好。波的傳輸在低頻時(大體上低於400Hz)下降到可接受水平以下。根據上述專利的聲學遙測系統需要精確放置致動器，並且需要對帶有磁致伸縮裝置的鑽管部分進行獨特的「調諧」，以便甚至在高頻中也能實現最有效的傳輸。因為所有鑽井通信系統都必須應對鑽柱長度的不斷改變，所以需要對聲學裝置進行調諧。考慮到石油鑽井設備需要的資本投資，這種程度的關注在成本方面可能是合理的，但是在金屬製造業不適合適應機械浸沒裝置的長度變化。
所以，期望可以消除熔融金屬測量系統中的內部線路，這樣可以將受損的熔融金屬測量系統的維護、維修和更換成本降至最低。還需要解決熔融金屬測量用的有線測量系統引起的安全問題。
技術實現要素：
本發明可以解決上述問題。本發明的特徵為獨立權利要求的特徵。從屬權利要求中說明了優選實施例。
在一個實施例中，披露了一種以無線方式獲得熔融金屬的特性的測量結果的系統。所述系統包括一個接觸塊，所述接觸塊經配置以用操作方式連接到大體上中空的噴槍枝架的第一端上。所述接觸塊用可拆卸的方式電連接到測量傳感器上，並且從測量傳感器處接收模擬信號。接觸塊將接收到的模擬信號轉換成超聲波信號，並且通過噴槍枝架的中空部分傳輸所述超聲波信號。接收器塊經配置以用操作方式連接到噴槍枝架的第二端上。第二端與噴槍枝架的第一端相對。接收器塊從接觸塊接收超聲波信號，並且將接收到的超聲波信號轉換成數字電壓信號。
在另一個實施例中，披露了一種傳輸熔融金屬的至少一個特性的方法。所述方法包括：接觸塊從測量傳感器接收一個模擬信號，所述模擬信號描述熔融金屬的至少一個特性。所述接觸塊以操作方式連接到噴槍枝架的第一端上。模擬信號被轉換成多個超聲波脈衝。這多個超聲波脈衝通過噴槍枝架的中空主體傳輸到接收器中。接收器以操作方式連接到噴槍枝架的第二端上，第二端與第一端相對。
在又一個實施例中，披露了一種以無線方式獲得熔融金屬的特性的測量結果的系統。所述系統包括一個傳輸組件，所述傳輸組件包括一個超聲波換能器。所述傳輸組件經配置以用操作方式連接到大體上中空的噴槍枝架的第一端上。所述傳輸組件用可拆卸的方式電連接到測量傳感器，並且從測量傳感器處接收模擬信號。接收到的模擬信號被轉換成超聲波信號。所述超聲波換能器通過噴槍枝架的中空部分傳輸超聲波信號。一個接收器組件經配置以用操作方式連接到噴槍枝架的第二端上，所述第二端與噴槍枝架的第一端相對。所述接收器組件包括一個接收換能器。所述接收換能器從傳輸組件接收超聲波信號，並且將接收到的超聲波信號轉換成數字電壓信號。
附圖說明
當結合附圖閱讀時，可以更好地理解上文的發明內容和下文的具體實施方案。為便於圖解說明本發明，圖式中示出了一些目前優選的實施例。但是，應當理解，本發明不限於圖中示出的確切布置和手段。在附圖中：
圖1是現有技術機械浸沒裝置的示意性框圖；
圖2是現有技術手動浸沒裝置的示意性框圖；
圖3是根據本發明的第一實施例的無線浸沒裝置的示意性框圖，所述無線浸沒裝置集成了無線儀器；
圖4是根據本發明的第二實施例的無線浸沒裝置的示意性框圖，所述無線浸沒裝置集成了無線儀器；
圖5是根據本發明的第三實施例的無線浸沒裝置的示意性框圖，所述無線浸沒裝置集成了有線儀器；
圖6是帶有用於產生和傳輸超聲波脈衝的電路的接觸塊的示意性框圖；
圖7是帶有用於從圖6的接觸塊接收超聲波脈衝的電路的接收器塊的示意性框圖；
圖8是帶有用於從圖6的接觸塊接收超聲波脈衝的集成接收換能器和強化圓錐的噴槍枝架的示意性框圖；以及
圖9是圖解說明與圖7的接收器塊一起使用的冷卻機構的示意性框圖。
具體實施方式
以下描述中使用了某些術語，只是為了方便起見，並不是進行限制。「右側」、「左側」、「下部」和「上部」這些詞在參考的圖式中用來標明方向。「向內」、「內部」、「遠端」、「外部」、「向外」或「近端」這些詞分別指代朝向和遠離裝置和相關部件的幾何中心或定向的方向。這些術語包括以上所列的詞、其衍生詞和類似含義的詞。
圖1和2圖解說明現有技術機械和手動操作的浸沒裝置，所述裝置帶有用於從浸沒傳感器(未圖示)傳輸測量信號的有線電路。圖1的機械浸沒裝置包括一個噴槍枝架10，噴槍枝架10連接到接觸塊12上。噴槍枝架10任選地在與浸沒端相對的一端包括一個分設噴槍導管3a，因而噴槍枝架10可以是單獨一根導管，或者是以操作方式連接的幾根導管的組合。優選地，噴槍枝架10是一根標準導管，或者是幾根標準導管的組合，這是所屬領域的技術人員已知的。在圖1中，一個驅動組合件4使噴槍枝架10通過噴槍導管3a上升和下降，在正被取樣或測試的材料(通常為熔融金屬)中進出。內部線路5a將從浸沒傳感器(未圖示)輸出的電信號通過噴槍枝架10傳輸到儀器(未圖示)中。內部線路5a通過電纜7a電連接到所述儀器上，所述儀器接收所傳輸的信號。
圖2的手動浸沒裝置與圖1的機械浸沒裝置相似，只不過沒有驅動組合件4，因此整個噴槍需要手動浸沒。設置一個手柄組合件8，供手動浸沒裝置的操作員使用。操作員使用這個手柄組合件8使手動浸沒裝置下降和上升，在正被取樣的材料中進出。這個手柄組合件8在任選的噴槍導管3b處連接到噴槍枝架10上，或者與噴槍枝架10一體形成。但是，在噴槍枝架10的其他配置當中，手柄組合件8可以放在噴槍枝架10上的其他點上。內部線路5b將浸沒傳感器(未圖示)輸出的電信號通過噴槍枝架10傳輸到電纜7b中。電桿電纜連接器6將內部線路5b連接到電纜7b上，這樣可以從電纜7b上拆卸掉噴槍組合件。
例如圖1和2中所示的浸沒系統可用於在熔融金屬中執行測量。在熔融金屬中進行的典型測量由以下步驟組成：使一次性浸沒傳感器滑動到噴槍枝架10的遠端上，直到與接觸塊發生電接觸為止。通常，當確認傳感器電路中狀態連續時，這個儀器向用戶提供一個許可信號，於是便能進行浸沒。操作員可以用手握住噴槍枝架10，或者可以用一個機械裝置(驅動組合件4)將噴槍枝架10推到正被取樣的熔融金屬中。
一旦浸沒傳感器已經被浸沒，這個浸沒傳感器就會產生並輸出一個電信號，這個電信號與正被測量的熔融金屬的特性(例如，溫度)成比例。舉例來說，如果接受測量的特性是溫度，則這項數據通常採用毫伏的形式。然後，可以用儀器將這個電信號轉換成熔融金屬的期望的特性，例如溫度或另一項適當的監控參數。但是，這個浸沒傳感器還可適於同時輸出與接受取樣的金屬的一種以上特性相關的電信號，例如熔融金屬的氧含量。氧含量也可以用毫伏形式表達，優選在-500毫伏到+500毫伏之間。在傳感器浸沒了一段時間之後，所述儀器從傳感器處檢測到一個可接受的值，然後發信號通知測量操作結束。然後，可以將浸沒傳感器從熔融浴中抽出。用過的浸沒傳感器可以丟棄掉，測量系統可以使用新的浸沒傳感器來進行下一次測量。在其他實施例中，並不需要進行浸沒，那麼可以用測量傳感器來代替浸沒傳感器。此項技術中已知有多種多樣的此類測量傳感器，並且也在本發明的範圍內。
參看圖3-5，圖中示出了根據本發明的優選實施例的無線浸沒裝置。圖3-5的無線浸沒裝置可以在圖1和2的機械和手動操作噴槍中實施。在圖3-5的浸沒裝置中，去掉了噴槍枝架10內的內部線路5，並且可以視情況去掉連接無線浸沒裝置與儀器60的電纜。優選地，噴槍枝架10是一根細長的中空的鋼管。但是，在不脫離本發明的範圍的情況下，也可以使用其他材料、形狀和直徑來製造這個中空的噴槍枝架。此外，可以預期配合下文描述的無線通信系統使用不同長度和內徑的噴槍枝架10。
參看圖3，圖中示出了根據本發明的第一實施例的帶有集成無線儀器的無線浸沒裝置300a的框圖。無線浸沒裝置300a包括一個噴槍枝架10a，這個噴槍枝架10a的一端(浸沒端或遠端)連接到接觸塊12a上，與接觸塊12a相對的一端連接到接收器塊22a上。測量數據通過噴槍枝架10a用無線方式從接觸塊12a傳輸到接收器塊22a。因而，因為是用無線的方式將數據從接觸塊12a傳輸到接收器塊22a，所以在最有可能出現熱損害的區域中去除了線路。接收器塊22a包括一個集成的無線發射器32a，這個無線發射器將數據以無線方式傳輸到儀器60a中，以供分析和顯示。無線發射器32a可以使用所屬領域的技術人員已知的任何無線通信方案，包括長距離和短距離通信協議，例如ZIGBEE、802.11WiFi、藍牙、紅外線等等協議。在不脫離本發明的範圍的情況下，也可以實施其他無線技術來在無線發射器32a與儀器60a之間傳輸數據。
在替代實施例中，如圖4和5中所示，發生大多數損害的區域(例如噴槍枝架10內部的內部線路)中的硬連線被去除，而受到損害不大的部分(例如從接收端22b(圖4)到無線發射器32b(圖4)的連接部分，和/或從發射器32c(圖5)到儀器60c(圖5)的連接部分)內的硬連線可以予以保留。如果只在不容易受到損害的部分中保留硬連線，便可以減少成本，因為在保留這類硬連線的地方可以使用成本較低的電纜。在傳統的有線噴槍當中，熱電偶電路中的一對導線由主要是銅和鎳的合金製成，這比純銅的成本要高很多。當在接收器塊22中將傳感器信號數位化之後，可以採用純銅的串行通信導線。用純銅替代這些特定的合金線路對，可以減少這個部分的材料更換成本。
參看圖4，圖中示出了根據本發明的第二實施例的帶有無線儀器的無線浸沒裝置300b的示意性框圖。這個無線浸沒裝置300b包括一個噴槍枝架10b，這個噴槍枝架帶有一個接觸塊12b和一個接收器塊22b，這二者連接到相對的末端上。接觸塊12b和噴槍枝架10b大體上與圖3的接觸塊12a和噴槍枝架10a相同。但是，接收器塊22b並不具有圖3中的集成無線發射器。而是，這個無線發射器32b通過線路、電纜等等分離地連接到接收器塊22b上。在圖3中，無線發射器32b將數據以無線方式傳輸到儀器60b中，以供分析和顯示。但是，在其他實施例中，與儀器60的連接不需要是無線的，如圖5中所示。
參看圖5，圖中示出了根據本發明的第三實施例的帶有有線儀器的無線浸沒裝置300c的示意性框圖。這個無線浸沒裝置300c包括一個噴槍枝架10c，這個噴槍枝架帶有一個接觸塊12c和一個接收器塊22c，這二者連接到噴槍枝架10c的相對末端上。接觸塊12c和噴槍枝架10c大體上與圖3和4的接觸塊12a、12b和噴槍枝架10a、10b相同。在圖5中，接收器塊22c連接到一個有線發射器32c上，這個有線發射器32c又通過線路連接到儀器60c上。可以使用銅線路、電纜等將接收器塊22c連接到有線發射器32c和儀器60c上。在另外的其他實施例中，有線發射器32c可以集成到接收器塊22c中。
現在將更詳細描述無線浸沒裝置300的操作。無線浸沒裝置300利用空氣耦合聲學數據傳輸，使數據通過噴槍枝架10的中空部分內的空氣來傳輸。無線浸沒裝置的聲學數據傳輸系統包括接觸塊12和接收器塊22，這二者以操作方式連接到噴槍枝架10的相對末端上。接觸塊12位於噴槍枝架10的熔融金屬浸沒端上。接收器塊22位於噴槍枝架10的相對末端上。在一個實施例中，接收器塊22位於噴槍枝架10的手柄端上。但是，在其他實施例中，接收器塊22可以位於無線浸沒裝置300的長度方向上的與接觸塊12相對的任何點上，甚至相對末端可以是不帶有手柄的噴槍枝架10導管的終端，或者是噴槍枝架10導管的兩個部分之間的中間點。
參看圖6，接觸塊12包括一個傳輸組件，這個傳輸組件被容納在保護殼體17中。接觸塊12從一次性測量裝置(未圖示)的傳感器頭接收電傳感器信號。雖然本文中就接觸塊12描述了傳輸組件，但是在不脫離本發明的範圍的情況下，傳輸組件可以是一個獨立組件，以操作方式連接到接觸塊12上或集成到接觸塊12中。當附接到接觸塊12上的浸沒傳感器被浸沒在正被取樣的材料中時，如上文所描述，可以產生模擬信號。傳輸組件內的電路，例如模/數轉換器18，可以放大接收到的模擬信號，並且將接收到的模擬信號數位化。數位化數據通過接觸塊12中的超聲波換能器15通過噴槍枝架10導管的中空內部被傳輸，到達接收器塊22中的接收換能器25(圖7)。為了改進傳輸質量，必須將噴槍枝架10導管內的聲學反射減到最少，因為此類反射可能會同初級脈衝周期不同相地到達發送換能器15，並且使信號衰減，或者以其他方式促使信噪比降低。為了使反射減到最小，優選使噴槍枝架10導管的內部輪廓儘可能均勻，並且此內部輪廓經構造使得橫截面、硬邊緣及其類似物上的縮減現象減到最少。
返回到圖6，接觸塊12的所有電子元件被裝在或以其他方式合適地容納在保護殼體17內。一次性測量裝置或傳感器(未圖示)通過多個接點11以可拆卸的方式附接到接觸塊12上。在圖6的實施例中，示出了總共有三個接點11的兩個傳感器電路。每個傳感器電路共用這三個接點11中的一個。但是，在其他實施例中，可以實施任何其他數目個傳感器電路，從而可以在接觸塊12上接收到更多或更少的信號。噴槍枝架10可以附接到機械或手動浸沒設備上，如圖1和2中所示。但是，所屬領域的技術人員已知多種多樣的其他工業浸沒噴槍，並且此類浸沒噴槍也可適合於與無線接觸塊12一起使用。接點11電連接到一個電子電路板13上，這個電子電路板包含一個微控制器14和一個數/模轉換器18，這個數/模轉換器將傳感器的模擬信號轉換成數位訊號。
接觸塊12優選通過(例如)帶螺紋連接、接合銷釘、扭鎖或其他合適的機械附接件用可拆卸的方式連接到噴槍枝架10上。用於將接觸塊12用可拆卸的方式連接到噴槍枝架10上的各種機構是所屬領域的技術人員已知的。
接觸塊12優選通過一個或一個以上電池16供電。舉例來說，可以使用兩個串聯連接的AAA鹼性電池。但是，在不脫離本發明的範圍的情況下，也可以採用電池的任何其他組合。電池16向電子電路板13供應電力。超聲波換能器15電連接到電子電路板13上，並且安置在與接觸塊12的接點11相對的末端上。
當測量傳感器或裝置以操作方式連接到接觸塊12時，超聲波換能器15會產生聲波。同樣，當測量傳感器或裝置被浸沒到熔融金屬中時，也會產生聲波。所產生的聲波流到噴槍枝架10導管的中空部分中。超聲波換能器15優選是空氣耦合壓電換能器，中心頻率通常在40KHz。其他頻率和換能器類型也是所屬領域的技術人員已知的，並且適合於此種用途。超聲波換能器15形成的聲學脈衝通過噴槍枝架10導管的中空部分中的空氣被傳輸到聲學接收器，所述聲學接收器的位置在噴槍枝架10的接收器塊22上。
微控制器14控制接觸塊12的系統的操作。優選地，微控制器14是16位微控制器。多個緩衝器、放大器、轉換器(A/D和/或D/A)和/或所屬領域的技術人員眾所周知的其他電路可以用操作方式連接到微控制器14上，輔助微控制器14執行本文中論述的功能。微控制器14從數位化數據產生數據包，並且將數據編碼到送往超聲波發射器的脈衝中。優選地，將數據編碼到超聲波脈衝之間的空間中。但是，在不脫離本發明的範圍的情況下也可採用其他編碼方法。在優選實施例中，微控制器14經配置以創建一個數據包，這個數據包能識別傳感器類型、關於第一信道的信息、關於第二信道的信息以及校驗和。第一和第二信道優選地包括例如溫度和氧含量等以毫伏為單位的傳感器信息。在一個實施例中，這個數據包中包括38位的數據，其中有2位是表示傳感器類型，14位表示信道1，14位表示信道2，8位表示校驗和。但是，在不脫離本發明的範圍的情況下也可以使用其他包配置。微控制器14優選地進一步經配置以創建一個配置包。每當新的浸沒傳感器連接到接觸塊12上，就輸出這個配置包。電池電壓、工作循環數目和冷結溫度優選地編碼在這個配置包中。
通過傳輸預定長度的一系列電壓脈衝，可以起始超聲波換能器15，使得超聲波換能器15發生減幅振蕩(ring)。在換能器的減幅振蕩之間，逐位地傳輸數據包。超聲波換能器15的減幅振蕩之間的暫停時間長度表示所傳輸的位是「0」還是「1」。超聲波換能器15的下一次減幅振蕩表示開始傳輸下一個位。
現在將參看圖7說明無線浸沒裝置300的接收器組件或接收器塊22。接收器塊22包括接收換能器25。接收換能器25連接到一個任選的強化圓錐23上，這個圓錐可以將從噴槍枝架10的中空部分傳入的聲波聚集到接收換能器25上。但是，在不脫離本發明的範圍的情況下，接收器塊22可以實施成沒有強化圓錐23。強化圓錐23中可以有任選的內襯26，這可以改進與各種長度的噴槍枝架10的聲學耦合。
接收器塊22在與接觸塊12相對的末端上，並且以操作方式連接到噴槍枝架10上。在以操作方式連接的位置中，接收器塊22與噴槍枝架10的內部和/或其延伸部分進行聲學通信。聲音強化圓錐23優選在接收端上為大約25-150mm長，在輸出端漸漸縮小成大約1-2mm的孔口，這樣可以優化與接收換能器25的聲學耦合。但是，聲音強化圓錐23也可以採用其他尺寸，並且也在本發明的範圍內。整個強化圓錐23或者是強化圓錐23的任選內襯26優選是鐵氟龍(PTFE)，或者是表面硬度大約為40硬度計的聚氨酯，或者是Watershed 11122，或者是類似一種材料。但是，在不脫離本發明的範圍的情況下，也可以使用其他隔音程度足夠的材料。
接收換能器25通過周圍材料24來隔熱。優選地，周圍材料24是低密度、大約98至130kg/mm3的陶瓷纖維或發泡陶瓷。舉例來說，此類隔熱材料可以是摩根熱陶瓷(Morgan Thermal Ceramics)出產的KAOWOOL，或者是奇耐聯合纖維公司(Unifrax Corp)出產的ISOFRAX。接收換能器25在它與強化圓錐23附接的位置上也隔音。優選地，接收換能器25的殼體對寄生噪聲隔音，所述噪聲是在內襯30插入的過程中機械浸沒裝置發生振動引起的。舉例來說，內襯30可以是一層合成粘彈性聚氨酯聚合物，這種材料能夠吸收衝擊並且減振。在不脫離本發明的範圍的情況下，可採用其他合適的聲阻尼材料，例如軟木。接收換能器25直接用導線連接到電子電路板27上，或者通過使用可拆卸的連接器連接到電子電路板27上，並且被殼體29圍封起來。
接收器塊22包括一些電子元件，這些電子元件可以對從接觸塊12接收到的超聲波數據進行放大和解碼。接收換能器25輸出一個電壓，這個電壓對應於接收到的超聲波脈衝。然後，可以將數字數據用數字或模擬形式輸出(有線或無線方式)到儀器60。
如果期望的輸出是模擬形式的，那麼對數據進行解碼，使得解碼後的信號對應於通過傳感器傳輸到接觸塊12的相同電信號電壓。電子電路板27藉助於數/模轉換器28a將數位訊號轉換回模擬信號，這些模擬信號可以通過模擬線路電路(未圖示)傳輸到儀器60c(圖5)。
如果期望的輸出是數字形式的，那麼接收器塊22優選地直接或通過無線電數據機將RS232包中的數據傳輸到遠端儀器60。RS232包中的數據可以事先被接收器塊22解碼，或者可以保持不被解碼。優選地，電子電路板27經配置以通過無線無線電鏈路(未圖示)將這些數字數據作為數位訊號傳遞給圖4和5的儀器60a或60b，以便進行進一步處理和顯示。
優選地，電子電路板27包括外部電源(未圖示)。但是，如果能提供充足的電容量，也可以使用電池。微控制器31嵌入到電子電路板27中或以其他方式布置到電子電路板27上，對接收器塊22的操作進行控制。優選地，微控制器31是16位微控制器。多個緩衝器、放大器、轉換器(A/D和/或D/A)和/或所屬領域的技術人員眾所周知的其他電路可以用操作方式連接到微控制器31上，輔助微控制器31執行本文中論述的功能。微控制器31對超聲波數據進行解碼，並且控制數/模和數/數轉換器28a、28b，使其提供模擬和數字輸出。微控制器31還產生一些數據包，通過通用異步接收器/發射器(「UART」)埠(未圖示)進行發送。
在替代實施例中，參看圖8，強化圓錐33和任選的襯裡36可以在噴槍枝架10或其延伸部分內。這樣布置可以儘量減小接觸塊12中的超聲波換能器15與接收換能器35(在此實施例中也在噴槍枝架10內)之間的總距離。電子電路板37優選地在噴槍枝架10外部，但是通過合適的線路或電纜以操作方式連接到接收換能器35上。在其他實施例中，在不脫離本發明的範圍的情況下，電子電路板37可以配置成不同的幾何結構，這些幾何結構附接到強化圓錐33上，或者在強化圓錐33遠端。
參看圖9，圖中示出了可以配合圖7的接收器塊22使用的冷卻機構。接收換能器45包括隔熱體44、隔振體48和冷卻機構50、51。冷卻器50優選是由電子電路板47提供電力的帕爾貼熱電冷卻模塊。冷卻器50優選是依靠帕爾貼效應進行操作的固態熱泵。但是，其他冷卻裝置也是本領域已知的，並且在本發明的範圍內。可以利用任選的冷卻鰭片組合件51配合冷卻器50，在長期使用或異常高溫的時候給接收換能器45提供保護。如圖7和8所示，強化圓錐43(帶有任選的襯裡46)連接到接收換能器45上。
所屬領域的技術人員應了解，在不脫離本發明的廣義發明理念的情況下，可以對上述實施例作出改變。因此，應理解，本發明不限於所披露的具體實施例，而是意在涵蓋所附權利要求書限定的本發明的精神和範圍內的修改。