超聲波流量計探頭及換能器原理  六十二

換能器產生共振基頻的條件為：fr1=（1/2l）（C∥/ρ）1/2=C/2l式中：C∥為材料長度方向上的彈性模量；ρ為材料密度；C為材料中的聲速；l為換能器長度

根據C=λf，則l=λ/2，式中λ為波長。由此可見，換能器的尺寸與諧振頻率密切相關。就結構型式而言，當產生基頻共振時，換能器的長度應等于半波長。為此，換能器的支架應設置在振動波節上才不致影響振動狀態，如圖4.13所示：

有時也利用倍頻共振（根據超聲波振動頻率的需要），此時：fr2=2fr1=C/l，則l=λ，其支架設置如圖4.14所示。。

二.環形磁致伸縮換能器

這是采用中空的薄金屬環形圓片迭制而成或用鐵氧體材料直接燒結成形，可徑向發射到周圍空間， 這種換能器的磁場是周向磁場（環形磁場），能激發徑向振動（由環外圓壁面向外發射或接收超聲波），其基頻共振條件為：fr1=（1/2πR）（C∥/ρ）1/2=C/2πR，即 R=λ/2π，式中R為圓環的平均半徑

三.窗形磁致伸縮換能器

窗形結構的特點是能獲得較大的輻射面積，定向發射，常用作中等和大功率的磁致伸縮換能器，采用窗形金屬薄片迭制而成（在用作小功率換能器時也有采用鐵氧體材料直接燒結成形），上、下蓋板厚度均為b，蓋板為輻射面（面積為2Wxd，2W為輻射面寬度，d為輻射面長度或稱深度）。起磁致伸縮作用的是“臂”，臂長為h，臂寬為u。窗形換能器的基頻共振條件為：fr1=（C/2l）（1+△）1/2=[1/2l（1+△）1/2]（C∥/ρ）1/2式中：C為聲速；△為與窗口形狀有關的修正系數。

或者：W/u=ctg（2πfr1·a/C）·ctg（2πfr1·b/C）采用窗形磁致伸縮換能器能得到一個重要優點是在需要加大輸出功率的情況下，可以采用多只窗形換能器并聯，增大輻射面積的方法來提高輻射功率。

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