超声波流量计探头及换能器原理  一五七

组合双晶探头的焦距:

这是折射纵波声轴线交点处的焦距,实际上,组合双晶直探头在检测介质中有四个交点(图6.21),因为纵波是倾斜入射,在界面上折射时还分解出折射横波,于是

出现四个交点:

fLL=f=(L-2dtgα)/2tgβL fLS=fSL=(L-2dtgα)/(tgβL+tgβS)

fSS=(L-2dtgα)/2tgβS

还有:b=[(L/2)-dtgα][tgβL-tgβS]/(tgβL+tgβS)

以上公式是用于接触法检测的情况(耦合层很薄,其影响可以忽略不计).但是,再采用液浸法检测时,声束经过耦合层射入被检工件,它还要经过一次折射才能相

交,因此,被检工件内的焦距f就成为:

式中:α为发射,接收晶片的倾角(即入射角),L为两晶片中心距离,d为延迟块厚度,h为耦合层厚度(延迟块底面到探侧面的距离),CL1为延迟块内的纵波速度,CL2为耦合剂内的纵波速度,CL3为被检工件内的纵波速度,f为fLL组合双晶直探头的晶片倾角一般较小(通常不大于12°),这是因为它主要应用折射纵波检测,而入射角在第一临界角一半以内时,折射纵波分量较强,而折射横波分量很弱,通常可以忽略,故就焦距而言也一般只考虑fLL的情况.此外,组合双晶探头的焦点是以双发双收的条件下通过几何作图确定,以及根据上述公式计算出来的,实际应用中最常用的是一发一收的条件,因此其焦点的实质应该是两晶片指向性主瓣轴线的交会点,使用"焦距"概念的目的是为了表明两晶片指向性主瓣交会区是灵敏度较高的区域,并以焦点处的灵敏度最高,习惯上把焦点处回波声压定为零分贝时,焦点上下左右回波声压降低6分贝的点所构成的区域称为组合双晶探头的灵敏区,当超过该区域范围时,接收灵敏度将显著下降.对于不同倾角和不同压电材料,不同结构以及不同的制造工艺所制成的组合双晶探头以及在不同检测介质中,其焦距是不同的,加上使用过程中延迟块有磨损,故组合双晶探头的焦距也是必须经常校验的性能指标之一(通常是通过测定距离-振幅曲线来确定).

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