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细品物位之超声波物位计概念篇

发布日期:2015-06-05     浏览次数:5223

在人类的历史中,声音的作用不可替代,谁也无法想象无声的世界会是什么样子。从穴居人的空骨长笛到现代的hip-hop音乐,声音传达出的意义远超出说话的范畴。除了说话,动物发出的声音,自然界发出的声音外,还有医用超声波、超声波清洗、超声探伤、超声破碎、超声波测距等,数不胜数的科技应用都昭示着声波技术的无穷活力。

超声波测距,即用于物位测量的声波技术是近代的事情,差不多50来年的历史,恒立知道的,加拿大的Milltronics公司研究超声波物位计是在上世纪70年代的事情。

众所周知,声波属于机械波范畴。如对物体的敲击或是物体受到冲击而产生的机械运动,都会对周围的空气或液体产生挤压而向较远的方向传播。如上定义,可以明确地知道,声波在真空的环境下是无法传播的,所以说,超声波物位计的换能器在真空环境下是不能工作的。都知道,人的耳朵能听到的声音频率范围是20Hz到20KHz之间,那么任何超出这个频率范围的声波就称为超声波。

恒立超声波换能器的工作频率高则可达55KHz,甚至可以更高,低则35KHz。这些频率的换能器发出的声音是听不到的,通常我们能听到的换能器的声音是声波包络线产生的,而不是脉冲本身产生的。

一般情况下,我们固有的认识(常温、常压、空气湿度适中)是声波的速度为340m/s,但是伴随着温度、压力及空气湿度的变化,声波的传播速度也会变化。举例来说明,在换能器和被测目标之间的大气不同于空气中的自然成分时,声速的传播速度就会变化。如果大气的组分是固定并且均匀的,那么声波传输过程中产生的速度误差是可以补偿的;反之,如果大气组分是不固定的,或是不均匀的,声波传输的速度就会出现时急时缓的现象,那么,声波的具体速率将以经验而定。

我们知道,声音传播距离的远近与声音的强度有关,所以,对超声波换能器施加的能量越大,产生声波的幅值也就越高,也就是声波的强度越大。声强是用来描述声音的一个术语,即单位时间内通过单位面积内声音的能力叫做声强。

声波的能量离开声源(超声波物位计的换能器)后逐渐衰减。定义这种声能衰减的数学关系是距离平方成反比。如果离声源的距离变为原来的 2 倍,那么声能将衰减为原来的四分之一。

众所周知,人耳能听到的最弱的声音的声能为 10 -12 W/m 2 ,这个在周围空气中产生极小的声能,被称为“听觉极限”。人能够忍受的声能的范围很广。痛苦极限是 10 W/m ,是听觉极限的 10 13 倍。分贝用来计量声波的强度。分贝是用对数形式表达的,所以当声能是听觉极限(0 dB)的十倍时,用分贝表示就是 10 dB ;当声能是听觉极限的100 倍时,用分贝表示是 20 dB ;一直到痛苦极限是 130 dB。160 dB 的声音会立即伤害到耳膜。恒立超声波换能器的声能在 95 ~ 110 db之间,因为属超声频率而不会被听见。