超声波流量计探头及换能器原理  一六二

利用声透镜聚焦时,传声介质中焦距F和声透镜的曲率半径有如下关系式:

假定压电晶片对声透镜为平面声波入射,经平凹声透镜折射符合几何光学透镜规律,即:

F=r[n/(n-1)] 或者 F=r/[1-(C2/C1)] (r》R)式中:r为声透镜曲率半径,R为平面晶片的半径,n为折射率,符合斯涅尔定律:n=C1/C2=sinα/sinβ当r≈R时,有:F=r[1+(1/n)] 或者 F=r[(C1+C2)/C1]对于有机玻璃材料的平凹声透镜并且传声介质为水时,根据其折射率可得到近似式:

r有≈0.45F (C水=15000m/s C有=2730m/s)

对于环氧树脂材料制作的平凹声透镜且传声介质也为水时,则近似有:r环≈0.464F声透镜的顶部厚度d关系到透声率的大小,按照超声透过率的理论可知,声透镜中心部分的厚度(即顶部厚度)应为声透镜中半波长的整数倍,此时声能穿透最大,实际上由于使用的是脉冲波,因此和前面所述保护层厚度的考虑一样,d值应当越小越好,不过要兼顾到加工的可能性.

c)声透镜的制作

有机玻璃材料的声透镜通常采用机械加工的办法制作,而环氧树脂材料的声透镜则有一定的制作工艺与配方,下面举例:

配方:环氧树脂 85%,邻苯二甲酸二丁酯 9%,无水乙二胺 6%

为了减少制作过程中在环氧树脂中产生的气泡,经验表明,使用三乙烯四胺作固化剂的效果优于无水乙二胺,邻苯二甲酸二丁酯在这里作为增塑剂的功能可以降低透镜的脆性,提高透镜的弹性和更便于加工成型,但是增塑剂的份量过多时,会增加声能的吸收损耗而降低灵敏度.

超声波流量计