空氣中超聲衰減是非常厲害的,這導致在空氣耦合聲換能器的製作或是聲感測器的設計是極具挑戰的,因此對超聲衰減做乙個細緻的分析是很有必要的。
根據經驗公式如下進行計算
結果如下:
figure 1 超聲衰減係數與頻率關係圖
figure 2 超聲衰減係數與大氣壓關係圖
figure 3 超聲衰減係數與溫度關係圖
1.參考標準溫度(25℃),參考標準大氣壓(325kpa)時,1mhz超聲在空氣中的衰減係數為1.6db/cm,如果按超聲壓幅度衰減分析,根據
ax=ao*e^(-afx)
其中,ax—距離探頭x處的振幅 ,a0—探頭處的振幅 ,e—自然對數 ,a—衰減係數 ,f—超聲頻率(mhz) ,x—探頭到某點的距離。
計算可得1cm處超聲聲壓幅度衰減為初始值的1/4.95;由於聲功率可以看做為幅度的平方,則超聲聲功率衰減為初始值的1/24.53,若使得換能器產生超聲通過1cm空氣介質後仍存在200mw~500mw功率,即換能器聲發射功率需在4.906w~12.265w。
2.由於使用環境溫度和氣壓的變化影響會導致超聲衰減係數在乙個小範圍波動,考慮實際情況,大氣壓的影響是比較小的,暫不考慮。此處重點考慮溫度的影響,在溫度變化範圍為0℃~60℃,衰減係數對應的變化範圍為1 db/cm~2.5 db/cm。同樣採取a中的計算方式,則聲功率在1cm後的衰減倍數範圍1.22~144;最終以500mw進行估算得換能器聲發射功率範圍為610mw~72w。
孔濤,徐春廣,張運濤,許寒暉. 空氣耦合超聲換能器聲場計算與測量研究[j].機械工程學報, 2011,47(22):19-24.
孔濤. 超聲換能器聲場理論與測量技術[d]. 北京:北京理工大學,2011.
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