超声波流量计探头及换能器原理  一六四

d)聚焦声束的声场特性

图2.26中的Φ为焦点直径,L为焦柱长度,我们要认识到,超声波束聚焦后的声场特性在于焦点处并非是理想的一个点或者一条线,而是有一定范围的,这是由声振动的特性所确定,因此存在有焦点直径和焦柱长度两个指标.

以水浸点聚焦(平凹球面声透镜)探头为例,其焦点处声压为:P球=P0S/Fλ,式中P0为晶片表面的起始声压,F为水中焦距,λ为超声波在水中的波长,S为声透镜的凹面面积.

对于水浸线聚焦(平凹圆柱面声透镜)探头,其焦点处的声压为:P柱=0.64(P0S/Fλ)我们对焦点直径和焦柱长度分别定义如下:

焦点直径:在焦平面上,从声轴线焦点处起算,测量反射体(一般用直径很小--例如2.5毫米的钢球)的反射声压下降到零分贝时对应偏离轴线距离的两倍称为焦点直径,即:Φ0≈1.22(λF/2R),R为平面晶片半径,并认为在焦点附近各垂直于轴线的平面上都有同样规律.若反射体的反射声压下降6分贝时得到的焦点直径则称为:Φ-6dB≈(λF/2R).在焦点处(又称中心折射斑)占有整个入射能量的84%左右,所以,焦点的大小决定聚焦是否成功.要使聚焦有效,应使Φ《2R,即入射声束截面积远远大于声波波长与透镜焦距的乘积.

超声波流量计