超声波液位计自动校正液位的探讨 六

2 超声波理论基础

超声学是一门交叉学科，以物理、电子、机械及材料等学科为基础，被用于各行各业，例如，金属材料的无损检测、生物医学的诊断、环境工程的清洗，以及各种液面高度测量。

作为声波的一种，超声波波束具有聚束、定向及反射、透射等特性，值得一提的是，当声波频率愈高则声波愈接近光波特性。超声波技术就是通过超声波产生、传播及接收的物理过程完成相应的技术功能[9]。超声波具有很多物理特性，超声测量技术就是通过超声的方法来测定媒介的某些非超声学特性和状态参量。超声液位测量技术就是一种比较有效的液位测量技术。

超声波是一种机械波，是机械振动在媒介中的传播过程。超声波是人耳听觉阀值以上的振动，频率范围在10kHz到1THz之间，常用频率大约在10kHz到10MHz之间。

超声波的波型分纵波、横波、瑞利波和表面波。纵波的传播方向与质点的振动方向一致，纵波可以在气液和固体中传播。横波的传播方向垂直于质点的振动方向横波只能在固体中传播。

2.1 超声波的声场特性

在超声波传播过程中，被超声所充满的空间称为超声场。超声场的物理性质有：反射与折射、衰减与吸收、叠加与干涉等。超声波声场的特性是通过声压、声强及特征阻抗率等特征量描述的。

2.1.1 超声波基本概念

现假定 x 轴是超声波的传播方向，ω为振动角频率，f 为超声波频率，原点x=0处的质点振动状态ξ0 =ξm0 cosωt，媒介中超声波传播速度(声速)为c。可以定义波长为一个周期T 内超声波所行进的距离,媒介中声速与超声波的频率和振幅无关，声速是媒介自身固有的性

能指标，但与媒介中超声波质点振动形式有关。

ρ为媒介密度，B 为流体体积弹性模量，E 为固体伸长弹性模量，G 为固体切变弹性模量，γ为气体定压比热和定容比热的比值，μ为气体分子量，R 为理想气体常数，T 为绝对温度。

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