超聲波流量計(jì)探頭及換能器原理  一六四

d)聚焦聲束的聲場(chǎng)特性

圖2.26中的Φ為焦點(diǎn)直徑,L為焦柱長(zhǎng)度,我們要認(rèn)識(shí)到,超聲波束聚焦后的聲場(chǎng)特性在于焦點(diǎn)處并非是理想的一個(gè)點(diǎn)或者一條線,而是有一定范圍的,這是由聲振動(dòng)的特性所確定,因此存在有焦點(diǎn)直徑和焦柱長(zhǎng)度兩個(gè)指標(biāo).

以水浸點(diǎn)聚焦(平凹球面聲透鏡)探頭為例,其焦點(diǎn)處聲壓為:P球=P0S/Fλ,式中P0為晶片表面的起始聲壓,F為水中焦距,λ為超聲波在水中的波長(zhǎng),S為聲透鏡的凹面面積.

對(duì)于水浸線聚焦(平凹圓柱面聲透鏡)探頭,其焦點(diǎn)處的聲壓為:P柱=0.64(P0S/Fλ)我們對(duì)焦點(diǎn)直徑和焦柱長(zhǎng)度分別定義如下:

焦點(diǎn)直徑:在焦平面上,從聲軸線焦點(diǎn)處起算,測(cè)量反射體(一般用直徑很小--例如2.5毫米的鋼球)的反射聲壓下降到零分貝時(shí)對(duì)應(yīng)偏離軸線距離的兩倍稱為焦點(diǎn)直徑,即:Φ0≈1.22(λF/2R),R為平面晶片半徑,并認(rèn)為在焦點(diǎn)附近各垂直于軸線的平面上都有同樣規(guī)律.若反射體的反射聲壓下降6分貝時(shí)得到的焦點(diǎn)直徑則稱為:Φ-6dB≈(λF/2R).在焦點(diǎn)處(又稱中心折射斑)占有整個(gè)入射能量的84%左右,所以,焦點(diǎn)的大小決定聚焦是否成功.要使聚焦有效,應(yīng)使Φ《2R,即入射聲束截面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聲波波長(zhǎng)與透鏡焦距的乘積.

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