超聲波流量計(jì)使用編碼技術(shù)的探討 十一

第二章超聲波流量測(cè)量原理與誤差分析

2．1超聲波簡(jiǎn)介與超聲流量計(jì)

2．1．1超聲波簡(jiǎn)介

超聲是指頻率高于人耳可聽(tīng)范圍的聲波。在現(xiàn)代聲學(xué)中規(guī)定，把頻率高于20l(Hz的聲波稱為超聲波。一般而言，通常所說(shuō)的超聲波是指頻率高于20kHz的聲波；其中又把頻率在106Hz之上的超聲波稱為特超聲；在超聲頻段中，106～1012Hz頻段的超聲因與電磁波譜中的微波頻段相對(duì)應(yīng)，故又稱微波超聲。

超聲波具有以下四個(gè)基本特性：

(1)束射特性。由于超聲波波長(zhǎng)短，其射線可以和光線一樣，進(jìn)行反射、折射，也可以聚焦，而且遵守幾何光學(xué)定律，即超聲波射線在一種介質(zhì)表面反射時(shí)，入射角等于反射角；當(dāng)射線透過(guò)一種介質(zhì)進(jìn)入另一種密度不同的介質(zhì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生折射，兩種介質(zhì)的密度差別愈大，折射愈明顯。

(2)吸收特性。聲波在各種介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，這是因?yàn)榻橘|(zhì)要吸收能量。對(duì)于同一介質(zhì)，聲波的頻率越高，介質(zhì)吸收越強(qiáng)；對(duì)于同一頻率的超聲波，在氣體中傳播時(shí)衰減最大，在液體中次之，在固體中傳播時(shí)衰減最小。

(3)能量傳遞特性。超聲波之所以在工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，主要在于其功率較強(qiáng)。當(dāng)聲波進(jìn)入某一介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)中的分子也隨之振動(dòng)，且振動(dòng)頻率與聲波頻率一致。而分子振動(dòng)的頻率又決定其振動(dòng)的速度，頻率愈高振動(dòng)速度愈大。根據(jù)物理學(xué)原理，介質(zhì)分子振動(dòng)所具有的動(dòng)能，除了與質(zhì)量有關(guān)外，還由分子振動(dòng)速度的平方?jīng)Q定。所以，超聲波的頻率越高，介質(zhì)分子獲得的能量越高。

(4)聲壓特性。當(dāng)聲波進(jìn)入某種介質(zhì)時(shí)，由于聲波振動(dòng)對(duì)介質(zhì)分子有壓縮和稀疏作用，會(huì)使介質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。這種由聲波振動(dòng)引起附加壓力的現(xiàn)象叫聲壓作用。而超聲波具有很大能量，就有可能使物質(zhì)分子產(chǎn)生顯著的聲壓作用，如水中傳播一般強(qiáng)度超聲波時(shí)，產(chǎn)生的附加壓力可以達(dá)到好幾個(gè)大氣壓力。

由于超聲波具有上述一系列特點(diǎn)，因此引起了人們的普遍重視，積極將它應(yīng)用于實(shí)際之中。目前超聲波的研究和應(yīng)用已經(jīng)滲入工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)學(xué)以及航天和航空等領(lǐng)域，并且取得了卓有成效的進(jìn)展，甚至有人認(rèn)為超聲技術(shù)可以和電子技術(shù)、信息技術(shù)以及核子技術(shù)相媲美，是一門具有廣闊發(fā)展前景的高新技術(shù)。

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