超声波流量计探头及换能器原理  一二四

利用这个等效电路，我们可以来分析压电换能器的品质因数Qm和Qe，在换能器空载（辐射阻抗为零）时，有：

Qm0=ωL/Rmi=1/ω0CRmi （此时RmR=0） Qe0=ω0CRmi

在换能器有负载时，辐射阻抗为某一量值（视传声介质而定），则：

Qm=ω0L/（Rmi+RmR）=1/ω0C（Rmi+RmR）（此时RmR≠0） Qe=ω0C（Rmi+RmR）

由此可见，在有负载的情况下，品质因素Qm和Qe随媒质性质不同（RmR不同）而有变化。

在第五章中已经讲过，对于一般超声检测技术中应用的脉冲波换能器来说，为了使波形不失真和有较高的分辨率，往往需要有较低的Q值，这除了在选材时予以考虑外，在换能器结构上可以采取加大阻尼（如调整换能器阻尼块的配方成分和体积尺寸），或减小电感L（在电路中与C0并联一个电感来与C0相调谐）等办法。降低Qe值则可考虑与C0串联一个电容或甚至C0与并联一个电阻等方法以调整阻抗匹配。对于Rmi（取决于材料的内部摩擦阻）和RmR（取决于传声介质）本身，对于一定的压电材料和一定的负载，他们的数值已经相对固定而无法（或难以）改变了，而ω0则取决于工作需要的谐振频率，因此文章就要做在L和C上。

除了理论途径外，我们还可以从对压电换能器的电学参数测量中形成换能器等效电路的概念。将压电换能器接入图6.5（a）-测量线路方框图中所示出的a、b点，改变输入信号的频率，从低频慢慢向高频变化，此时从毫伏表上的读数可以发现，流过压电换能器的电流I随输入信号的频率f变化，如图6.5（b）-电流--频率特性中所示。当信号频率等于某一频率fm时，电流出现最大值Im；当继续增大频率至信号频率等于另一频率fn时，电流出现最小值In。

超声波流量计