《超声波特性》由会员分享,可在线阅读,更多相关《超声波特性(4页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、一超声波特性1. 声速:超声波在不同介质中传输速度是不同的。气体350m/s左右,液体中1500m/s左右;固体中5000m/s左右。2. 声衰减 在空气中,超声波除了因扩散引起衰减外,由于空气中的粘滞性、热传导以及分子的吸 收也会引起衰减。在20C时的空气中,衰减系数在20C时的水中,衰减系数如换算成位移衰减到I/e的距离x (1/a),则空气中x (m)=则水中 x ( m) =哀亠哎空吒耳欢的超声衆發募比轻萌址(誠划/常这童的師离从間空汽悻001. 9 X 10 13. laxifli1M7. 58X3O-J10007. 5EX IOri.asxio3从表中可以看出:空气可水相比,其声衰
2、减随频率的增大而急剧增加,即空气(各种气体均如此)不利于高频声传播,衰减很快,如500KHZ以上。所以液体中超声一般选择1-5MHz,而气体中超声一般选择50-300KHZ。当然选择频率 时还应考虑超声换能器之间的距离(声程)以及测量精度等要求。3. 特性阻抗与声反射、声折射、声散射特性阻抗由介质的密度和声速之积确定。气体、液体和固体的特性阻抗之比约为1:3000:80000,差异很大。超声从一种介质进入另一种介质的能力取决于特性阻抗。 流体中只存在纵波,纵波从流体向固体倾斜射入,在固体中除纵波外,还存在横波。 高频率的声波,如2MHZ,在照射到含有气泡和固体颗粒时液体时,会产生声散射。4.
3、超声换能器的指向性式中: 指向性半角;波长; 圆型辐射面直径气体介质中换能器的 角一般取3-7 度; 液体介质中换能器的 角一般取2-10度; 可以上换能器的指向性均要求尖锐,以使能量较为集中。5. 温度特性在水中中,超声传播速度随温度升高而增大,但在90 C之后又开始减小。二、超声波换能器1. 压电陶瓷片 PZT用于测量液体流量的超声换能器,工作频率在0.5-5MHZ.PZT压电片(圆形、半圆形、方形、矩形)是常用的形式,它的频率由下公式确定式中: 频率常数, PZT 均为 2200;厚度(应远小于横向尺寸)。1MHz的PZT圆片,直径10-12mm,厚度约2mm;1.5MHz的的PZT圆片
4、,直径15mm左右,厚度约1.3mm;2. 换能器的基本结构 压电圆片换能器一般结构有一下三种:保用血何附佯中的液体换能器中,若在前后端设置匹配层,可有效提高电声转换效率和扩展频带宽度。 结构设计上要慎重考虑一下因素1) 足够的灵敏度和合适的声束指向性;2) 信号波形畸变小、无杂波,对于脉冲信号前沿要陡峭为佳;3) 密封性好;4) 足够的机械强度;5) 耐环境腐蚀、振动、温度等;6) 安装方便。常见液体中几种换能器结构怕催人贰检能as占按忧a;用iiA 声速螺旋状多折射路径法:以螺旋状路径扫描测量管道内流通空间,可以减少流速 分布畸变影响,提高流量测量精度。其流量测量范围可以从层流开始,已到达可测液 体的最大流速为 10m/s。B 这是早期 U 型平行面法:主要应用于小流量测量,有一下优点:1) 不像传统斜声速传播那样,声波折射角受温度所引起液体中声速变化而改变 声波传播距离;2) 测量流通截面积全部流速,流速分布畸变影响小,可精确测量面平均速度。 但此结构需要改动管道流向,管道布置复杂。C 双声道 V 型散射法:适用于城市天燃气、煤气和压缩空气产品。D S型平行面扫描法:可简化管道布置,国外已投放市场的口径为6-50mm,流速超 过0.5m/s时的误差0.5%