超聲波流量計探頭及換能器原理  三十

二.電磁鐵對銜鐵的作用

在圖3.1的情況下，線圈電流為i，空氣隙縫中形成磁感應強度為B的磁場時，假定銜鐵在電磁力F作用下移動了很小的距離δ，而且電流i可以調節使回路中的磁通Φ不變，于是B也不變，則銜鐵在力F作用下所作的機械功為：dA=Fδ此時磁路系統儲存的能量將相應減少dW=B2（Soδ）/μo，根據能量守恒定理，這兩個量應當相等，即dA=dW，因此有：F=B2So/μo=Φ2/μoSo

由此可見，力學量F與電磁學量Φ為平方關系而不是線性關系。

三.非極化系統

假定電磁式換能器沒有電磁鐵（即外加恒磁場）存在，鐵芯原本未磁化，而只有線圈起作用的情況下，若磁通Φ以圓頻率ω作簡諧變化，即Φ=Φosinωt，故電磁作用力F=Φ2/μoSo=Φo2sin2ωt/μoSo，根據三角函數倍角公式：

sin2ωt=（1-cos2ωt）/2

則有：F=Φo2sin2ωt/μoSo=Φo2/2μoSo-Φo2cos2ωt/2μoSo=Fo-Focos2ωt式中：第一項Fo為不隨時間變化的恒量，第二項則是幅值為Fo的且圓頻率為2ω的簡諧量，這就是說出現了倍頻現象。這種非線性的力-電磁系統就稱為非極化系統，它所實現的力-電磁轉換（即電-聲轉換）是“失真”的。

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