超声波流量计探头及换能器原理  一三六

指向性:通常选择晶片的直径或边长为传声介质中超声波波长的5-8倍以获得较好的指向性,在一定波长条件下,晶片直径越大,指向性越好,其近似关系有:θ0=70(λ/D) 或θ=arcsin1.22(λ/D) (圆形晶片,D-直径)θ0=57(λ/D) (方形晶片,D-边长)以及:θ-3dB=29(λ/D) (圆形晶片), θ-3dB=25(λ/D) (方形晶片)θ-6dB=arcsin0.51(λ/D) (圆形晶片)式中:θ0为超声长的半扩散角(指向角,零扩散角),λ为传声介质中超声波的波长,D为晶片直径或边长,θ-3dB为偏离声轴的某点声压,比声轴线上相应点的声压低3dB时的半扩散角,θ-6dB为偏离声轴的某点声压,比声轴线上相应点的声压低6dB时的半扩散角,见图6.12.

近场长度(声压分布不均匀区):这是因为压电晶片激发出的超声波在传声介质中开始传播的一段距离内,声压的分布是不均匀的,有多个极大值和极小值出现,达到一定距离时,声压呈现最后一个最大值,以后即按一定的指数规律单调下降,我们把声轴线上最后一个声压极大值之前的一段范围称为近场区,该近场区的长度有以下关系式: N=(D2-λ2)/4λ这是根据连续波理论得出的理论公式,而实际上应用的脉冲波的N值约为该理论值的0.7倍.但是我们仍然可以看出,近场长度与晶片直径和涉及的波长有关.

应当注意的是:在压电换能器上,压电晶片是粘贴有吸收块和保护膜的,特别是为了抑制径向振动干扰,在压电晶片的边缘也会灌注有吸收材料,因此压电晶片在作厚度振动时,其有效振动面积的直径是小于晶片名义直径的,称为有效晶片直径,对普通直探头来说,有效晶片直径约为晶片名义直径的0.97倍.

超声波流量计