超聲波流量計探頭及換能器原理  一三六

指向性:通常選擇晶片的直徑或邊長為傳聲介質中超聲波波長的5-8倍以獲得較好的指向性,在一定波長條件下,晶片直徑越大,指向性越好,其近似關系有:θ0=70(λ/D) 或θ=arcsin1.22(λ/D) (圓形晶片,D-直徑)θ0=57(λ/D) (方形晶片,D-邊長)以及:θ-3dB=29(λ/D) (圓形晶片), θ-3dB=25(λ/D) (方形晶片)θ-6dB=arcsin0.51(λ/D) (圓形晶片)式中:θ0為超聲長的半擴散角(指向角,零擴散角),λ為傳聲介質中超聲波的波長,D為晶片直徑或邊長,θ-3dB為偏離聲軸的某點聲壓,比聲軸線上相應點的聲壓低3dB時的半擴散角,θ-6dB為偏離聲軸的某點聲壓,比聲軸線上相應點的聲壓低6dB時的半擴散角,見圖6.12.

近場長度(聲壓分布不均勻區):這是因為壓電晶片激發出的超聲波在傳聲介質中開始傳播的一段距離內,聲壓的分布是不均勻的,有多個極大值和極小值出現,達到一定距離時,聲壓呈現最后一個最大值,以后即按一定的指數規律單調下降,我們把聲軸線上最后一個聲壓極大值之前的一段范圍稱為近場區,該近場區的長度有以下關系式: N=(D2-λ2)/4λ這是根據連續波理論得出的理論公式,而實際上應用的脈沖波的N值約為該理論值的0.7倍.但是我們仍然可以看出,近場長度與晶片直徑和涉及的波長有關.

應當注意的是:在壓電換能器上,壓電晶片是粘貼有吸收塊和保護膜的,特別是為了抑制徑向振動干擾,在壓電晶片的邊緣也會灌注有吸收材料,因此壓電晶片在作厚度振動時,其有效振動面積的直徑是小于晶片名義直徑的,稱為有效晶片直徑,對普通直探頭來說,有效晶片直徑約為晶片名義直徑的0.97倍.

超聲波流量計