超聲波流量計(jì)探頭及換能器原理  一五七

組合雙晶探頭的焦距:

這是折射縱波聲軸線交點(diǎn)處的焦距,實(shí)際上,組合雙晶直探頭在檢測介質(zhì)中有四個交點(diǎn)(圖6.21),因?yàn)榭v波是傾斜入射,在界面上折射時還分解出折射橫波,于是

出現(xiàn)四個交點(diǎn):

fLL=f=(L-2dtgα)/2tgβL fLS=fSL=(L-2dtgα)/(tgβL+tgβS)

fSS=(L-2dtgα)/2tgβS

還有:b=[(L/2)-dtgα][tgβL-tgβS]/(tgβL+tgβS)

以上公式是用于接觸法檢測的情況(耦合層很薄,其影響可以忽略不計(jì)).但是,再采用液浸法檢測時,聲束經(jīng)過耦合層射入被檢工件,它還要經(jīng)過一次折射才能相

交,因此,被檢工件內(nèi)的焦距f就成為:

式中:α為發(fā)射,接收晶片的傾角(即入射角),L為兩晶片中心距離,d為延遲塊厚度,h為耦合層厚度(延遲塊底面到探側(cè)面的距離),CL1為延遲塊內(nèi)的縱波速度,CL2為耦合劑內(nèi)的縱波速度,CL3為被檢工件內(nèi)的縱波速度,f為fLL組合雙晶直探頭的晶片傾角一般較小(通常不大于12°),這是因?yàn)樗�主要�?yīng)用折射縱波檢測,而入射角在第一臨界角一半以內(nèi)時,折射縱波分量較強(qiáng),而折射橫波分量很弱,通常可以忽略,故就焦距而言也一般只考慮fLL的情況.此外,組合雙晶探頭的焦點(diǎn)是以雙發(fā)雙收的條件下通過幾何作圖確定,以及根據(jù)上述公式計(jì)算出來的,實(shí)際應(yīng)用中最常用的是一發(fā)一收的條件,因此其焦點(diǎn)的實(shí)質(zhì)應(yīng)該是兩晶片指向性主瓣軸線的交會點(diǎn),使用"焦距"概念的目的是為了表明兩晶片指向性主瓣交會區(qū)是靈敏度較高的區(qū)域,并以焦點(diǎn)處的靈敏度最高,習(xí)慣上把焦點(diǎn)處回波聲壓定為零分貝時,焦點(diǎn)上下左右回波聲壓降低6分貝的點(diǎn)所構(gòu)成的區(qū)域稱為組合雙晶探頭的靈敏區(qū),當(dāng)超過該區(qū)域范圍時,接收靈敏度將顯著下降.對于不同傾角和不同壓電材料,不同結(jié)構(gòu)以及不同的制造工藝所制成的組合雙晶探頭以及在不同檢測介質(zhì)中,其焦距是不同的,加上使用過程中延遲塊有磨損,故組合雙晶探頭的焦距也是必須經(jīng)常校驗(yàn)的性能指標(biāo)之一(通常是通過測定距離-振幅曲線來確定).

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