超声波流量计探头及换能器原理  六十二

换能器产生共振基频的条件为：fr1=（1/2l）（C∥/ρ）1/2=C/2l式中：C∥为材料长度方向上的弹性模量；ρ为材料密度；C为材料中的声速；l为换能器长度

根据C=λf，则l=λ/2，式中λ为波长。由此可见，换能器的尺寸与谐振频率密切相关。就结构型式而言，当产生基频共振时，换能器的长度应等于半波长。为此，换能器的支架应设置在振动波节上才不致影响振动状态，如图4.13所示：

有时也利用倍频共振（根据超声波振动频率的需要），此时：fr2=2fr1=C/l，则l=λ，其支架设置如图4.14所示。。

二.环形磁致伸缩换能器

这是采用中空的薄金属环形圆片迭制而成或用铁氧体材料直接烧结成形，可径向发射到周围空间， 这种换能器的磁场是周向磁场（环形磁场），能激发径向振动（由环外圆壁面向外发射或接收超声波），其基频共振条件为：fr1=（1/2πR）（C∥/ρ）1/2=C/2πR，即 R=λ/2π，式中R为圆环的平均半径

三.窗形磁致伸缩换能器

窗形结构的特点是能获得较大的辐射面积，定向发射，常用作中等和大功率的磁致伸缩换能器，采用窗形金属薄片迭制而成（在用作小功率换能器时也有采用铁氧体材料直接烧结成形），上、下盖板厚度均为b，盖板为辐射面（面积为2Wxd，2W为辐射面宽度，d为辐射面长度或称深度）。起磁致伸缩作用的是“臂”，臂长为h，臂宽为u。窗形换能器的基频共振条件为：fr1=（C/2l）（1+△）1/2=[1/2l（1+△）1/2]（C∥/ρ）1/2式中：C为声速；△为与窗口形状有关的修正系数。

或者：W/u=ctg（2πfr1·a/C）·ctg（2πfr1·b/C）采用窗形磁致伸缩换能器能得到一个重要优点是在需要加大输出功率的情况下，可以采用多只窗形换能器并联，增大辐射面积的方法来提高辐射功率。

超声波流量计