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超聲波流量傳感器/超聲波流量計賴以工作的”秘訣“賴以工作的”秘訣“

來源:上海迅音科技有限公司   2024年04月03日 14:00  

超聲波折射現象是不少超聲波儀器背后的工作原理,迅音科技的超聲波流量傳感器/超聲波流量計之所以能夠運作,依靠的也正是超聲波折射現象。超聲波折射現象到底是什么呢?本文將為您解密超聲波折射的定義,超聲波折射角的計算方法,并展示超聲波折射現象的模擬圖及視頻。

超聲波折射現象

當超聲波以傾斜角度穿過不同聲速的介質之間的界面時會發生折射(波束彎曲)。在光線的傳播中也可以觀察到相同的現象。

折射波傳播角度的計算

折射波傳播角度可以使用斯涅爾定律計算。斯涅爾定律描述了超聲波在不同介質中的速度(c,c2)和傳播角(θ1,θ2)之間的關系,如下圖和方程所示。

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超聲波折射角的計算示例

例如,當超聲波穿過亞克力塑料板和水之間的界面時,可以使用斯涅爾定律計算折射角。亞克力塑料的聲速為2670 m/s,水的聲速為1496 m/s。 當入射角θ1為45度時,折射角θ2計算為23.3度。

折射現象與部分超聲波設備的工作原理

諸多超聲波設備利用聲束折射進行測量和過程控制,例如用于非侵入式流量監測的外夾式超聲波流量傳感器/超聲波流量計,以及用于檢查焊接缺陷或裂縫的角度聲束傳感器。

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超聲波折射現象的二維有限元模擬

下面展示一組二維有限元模擬結果,以呈現超聲波折射的過程:

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首先,將超聲波探頭安裝在帶有45度斜面的亞克力楔塊上,此亞克力楔塊被放置于另外一塊亞克力板上方,亞克力板下方為水。

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當超聲波探頭在其諧振頻率下被短電壓脈沖激發時,它會振動并產生超聲波。 超聲波首先在亞克力板中傳播,在此過程中,超聲波聲束保持相同的傳播方向,但在當聲波抵達亞克力與水之間的界面處后,可以清楚地觀察到折射。超聲波波長在從亞克力進入水中后也會變短,因為水的聲速較低。


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