超声波液位计自动校正液位的探讨  九

2.2 超声波的指向性

理想的超声声源是以声源表面积为声束截面积来传送的。但是事实上，声束是发散的，用半扩散角来表征这一特性。

对于波长一定的超声波而言，在探头尺寸已确定的情况下，随着θ角的增大指向系数变小，说明声压逐渐衰减。

在声速一定的情况下，超声频率f 越高探头半径Rs越大，声束的指向性越好，半扩散角越小。

声束的半扩散角大会导致不必要的能量流失。反射回来的能量有很大一部分未被探头接收，这就必须提高探头的灵敏度，提高放大电路的增益，来检测较小信号的反射。

超声能量基本集中在主声束，如果在超声探头上套接一根波导管，波导管的口径不要过小，过小了会约束主声束，削弱了回波能量。

2.3 声波波导传播理论

在实际的自由空间中，利用一般声源往往获得的不是平面波，而是波阵面逐渐扩张，致使振幅随距离逐渐减弱的球面波。相对而言管道则是平面声波传播的一种良好环境。利用波导管技术能够更好的传播声波，例如听诊器的原理就是将人的心肺运动的声音引聚到较细的管道中，使能量不发散并有效地传入人耳。声波在管道中的传播理论被应用与很多领域，例如近年的将超声波导波技术应用于材料的无损检测领域，该方法大大的缩短了检测时间。

虽然管道是平面声波传播的良好环境，但并不是意味管道不传播其他类型声波。

当将声的辐射约束在管子中，管子的形状，尺寸以及管壁材料还有声源的状态等都会对管中声波的传播产生影响。

根据声波导理论，当管中声波波长大于圆管的直径的1.707 倍时，管中将只传播一维的平面纵波。

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