超聲波流量計探頭及換能器原理  三十五

§3.3 電磁式接收換能器

電磁式接收換能器的工作過程是F→V→E→i，其工作過程可簡述如下：

采用極化系統的電磁式接收換能器受到聲波作用時，聲波的聲壓推動振動膜片和銜鐵振動，使空氣隙h發生交變變化，引起磁路中的磁阻發生變化（R磁=2h/μoSo）。于是通過線圈的磁通量發生變化，在線圈兩端產生交變的感應電勢。如果線圈兩端接上負載構成回路時，回路中的電流又反過來對感應電勢有影響，這樣線圈兩端的輸出電壓既是銜鐵位移的函數，也是線圈電流的函數。

一.電路狀態方程

穿過線圈的磁通量的變化所產生的感應電勢為：U感=-N（dΦ/dt），這與發射換能器的情況相比恰好相差一個負號，因此可以類似發射換能器的推導得到接收換能器的電路狀態方程式：U感= -Zo·i + mV 或 i= -U/Zo + mV/Zo

二.機械振動方程

假定聲波作用在振動膜片上的聲壓為Po，聲場畸變系數γ，振動膜片的面積So，則聲波在振動膜片上的作用力為：F=Po·γ·So

這是振動膜片所受到的第一項作用力，還有一項是由感應電勢產生的反作用力，它對銜鐵作用的方向總是企圖反抗線圈內磁通的改變，即與聲壓作用力是反方向的。上述兩項的合力應與第三項--機械振動慣性力與聲阻力相平衡，由此可以得到機械振動方程：（Zm+Zr）V = Po·γ·So - nU

等號左邊為機械振動系統的平衡力，等號右邊第一項為聲波作用力，第二項為電磁平衡力（即F=nU）。

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