超聲波流量計探頭及換能器原理  一六二

利用聲透鏡聚焦時,傳聲介質中焦距F和聲透鏡的曲率半徑有如下關系式:

假定壓電晶片對聲透鏡為平面聲波入射,經平凹聲透鏡折射符合幾何光學透鏡規律,即:

F=r[n/(n-1)] 或者 F=r/[1-(C2/C1)] (r》R)式中:r為聲透鏡曲率半徑,R為平面晶片的半徑,n為折射率,符合斯涅爾定律:n=C1/C2=sinα/sinβ當r≈R時,有:F=r[1+(1/n)] 或者 F=r[(C1+C2)/C1]對于有機玻璃材料的平凹聲透鏡并且傳聲介質為水時,根據其折射率可得到近似式:

r有≈0.45F (C水=15000m/s C有=2730m/s)

對于環氧樹脂材料制作的平凹聲透鏡且傳聲介質也為水時,則近似有:r環≈0.464F聲透鏡的頂部厚度d關系到透聲率的大小,按照超聲透過率的理論可知,聲透鏡中心部分的厚度(即頂部厚度)應為聲透鏡中半波長的整數倍,此時聲能穿透最大,實際上由于使用的是脈沖波,因此和前面所述保護層厚度的考慮一樣,d值應當越小越好,不過要兼顧到加工的可能性.

c)聲透鏡的制作

有機玻璃材料的聲透鏡通常采用機械加工的辦法制作,而環氧樹脂材料的聲透鏡則有一定的制作工藝與配方,下面舉例:

配方:環氧樹脂 85%,鄰苯二甲酸二丁酯 9%,無水乙二胺 6%

為了減少制作過程中在環氧樹脂中產生的氣泡,經驗表明,使用三乙烯四胺作固化劑的效果優于無水乙二胺,鄰苯二甲酸二丁酯在這里作為增塑劑的功能可以降低透鏡的脆性,提高透鏡的彈性和更便于加工成型,但是增塑劑的份量過多時,會增加聲能的吸收損耗而降低靈敏度.

超聲波流量計