超聲波液位計自動校正液位的探討  九

2.2 超聲波的指向性

理想的超聲聲源是以聲源表面積為聲束截面積來傳送的。但是事實上，聲束是發散的，用半擴散角來表征這一特性。

對于波長一定的超聲波而言，在探頭尺寸已確定的情況下，隨著θ角的增大指向系數變小，說明聲壓逐漸衰減。

在聲速一定的情況下，超聲頻率f 越高探頭半徑Rs越大，聲束的指向性越好，半擴散角越小。

聲束的半擴散角大會導致不必要的能量流失。反射回來的能量有很大一部分未被探頭接收，這就必須提高探頭的靈敏度，提高放大電路的增益，來檢測較小信號的反射。

超聲能量基本集中在主聲束，如果在超聲探頭上套接一根波導管，波導管的口徑不要過小，過小了會約束主聲束，削弱了回波能量。

2.3 聲波波導傳播理論

在實際的自由空間中，利用一般聲源往往獲得的不是平面波，而是波陣面逐漸擴張，致使振幅隨距離逐漸減弱的球面波。相對而言管道則是平面聲波傳播的一種良好環境。利用波導管技術能夠更好的傳播聲波，例如聽診器的原理就是將人的心肺運動的聲音引聚到較細的管道中，使能量不發散并有效地傳入人耳。聲波在管道中的傳播理論被應用與很多領域，例如近年的將超聲波導波技術應用于材料的無損檢測領域，該方法大大的縮短了檢測時間。

雖然管道是平面聲波傳播的良好環境，但并不是意味管道不傳播其他類型聲波。

當將聲的輻射約束在管子中，管子的形狀，尺寸以及管壁材料還有聲源的狀態等都會對管中聲波的傳播產生影響。

根據聲波導理論，當管中聲波波長大于圓管的直徑的1.707 倍時，管中將只傳播一維的平面縱波。

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