超声波流量计探头及换能器原理  一六七

二.始波宽度(又称始波占宽,发射脉冲宽度)

名义上,这是指探头与超声仪组合后在超声仪示波屏上显现的发射脉冲持续时间,它包括了超声仪发射电路发出电脉冲的持续时间和压电晶片的振铃时间(俗称尾振,余振,其大小与机械Q值,电Q值相关),以及压电晶片发射的超声波在保护膜,耦合层或斜楔等内部多次反射干扰.在实际测定时,首先要将超声仪示波屏上的水平扫描线(时间扫描,或者称为时基线)校正,按传播距离或传递时间校正后,读取水平刻度零点至始脉冲后沿的宽度,以传播距离(毫米)或时间(微妙)表示,它相当于传声介质中影响检测的近表面深度,故与检测的近表面分辨率(上盲区)密切相关.

始波占宽与负载(辐射阻抗)有关,故测定时还分为空载始波占宽(传声介质为空气)和有载始波占宽(传声介质为被检测工件)两种,特别要注意在被检测工件表面粗糙时,由于超声波在界面上的漫散射干扰,使得始波占宽将会变得更大.对于斜探头而言,由于有斜楔存在,故只存在有载始波占宽.

三.工作频率

前面已经介绍过压电元件谐振频率的测量,这里一般是指回波频率,即探头发出的超声波从异质界面上反射返回探头时的回波中心频率,通常可以使用频率特性测试仪(又称扫频仪),示波器(通过测定回波振动周期确定频率)以及频谱仪来测定.该性能参数除了反映探头的工作性能外,还可以通过频谱分析了解回波中各频率成分的幅度分布(能量谱)情况,如图6.29示出了两只普通直探头的回波频谱照片,这是用美国的5030A型超声频谱仪测试和拍照下来的(这里是复描图).

由图6.29可见,对于两个名义中心谐振频率都是5MHz的探头,a)中的探头,其中心频率主峰在4.5MHz,但在5.7MHz处还有一个副峰(即在能量谱中以4.5MHz为能量

最大,在5.7MHz处有一个能量较大的峰值,但相比之下要比4.5MHz的能量小,所以尚不影响探头的使用).b)中的探头其回波频率中4.5MHz和6MHz两处的能量相差不大,这种探头发射声场的均匀性不好,不宜使用.两个探头的频谱测试结果表明都未达到其名义中心谐振频率,这与探头的压电元件材料,加工及探头制作工艺都有关,一般对探头工作频率误差范围要求的规定是在±10%以内,而且还应当注意最好不要出现"双峰"的情况.

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