超聲波流量計探頭及換能器原理  一二四

利用這個等效電路，我們可以來分析壓電換能器的品質因數Qm和Qe，在換能器空載（輻射阻抗為零）時，有：

Qm0=ωL/Rmi=1/ω0CRmi （此時RmR=0） Qe0=ω0CRmi

在換能器有負載時，輻射阻抗為某一量值（視傳聲介質而定），則：

Qm=ω0L/（Rmi+RmR）=1/ω0C（Rmi+RmR）（此時RmR≠0） Qe=ω0C（Rmi+RmR）

由此可見，在有負載的情況下，品質因素Qm和Qe隨媒質性質不同（RmR不同）而有變化。

在第五章中已經講過，對于一般超聲檢測技術中應用的脈沖波換能器來說，為了使波形不失真和有較高的分辨率，往往需要有較低的Q值，這除了在選材時予以考慮外，在換能器結構上可以采取加大阻尼（如調整換能器阻尼塊的配方成分和體積尺寸），或減小電感L（在電路中與C0并聯一個電感來與C0相調諧）等辦法。降低Qe值則可考慮與C0串聯一個電容或甚至C0與并聯一個電阻等方法以調整阻抗匹配。對于Rmi（取決于材料的內部摩擦阻）和RmR（取決于傳聲介質）本身，對于一定的壓電材料和一定的負載，他們的數值已經相對固定而無法（或難以）改變了，而ω0則取決于工作需要的諧振頻率，因此文章就要做在L和C上。

除了理論途徑外，我們還可以從對壓電換能器的電學參數測量中形成換能器等效電路的概念。將壓電換能器接入圖6.5（a）-測量線路方框圖中所示出的a、b點，改變輸入信號的頻率，從低頻慢慢向高頻變化，此時從毫伏表上的讀數可以發現，流過壓電換能器的電流I隨輸入信號的頻率f變化，如圖6.5（b）-電流--頻率特性中所示。當信號頻率等于某一頻率fm時，電流出現最大值Im；當繼續增大頻率至信號頻率等于另一頻率fn時，電流出現最小值In。

超聲波流量計