超声波料位仪的研制

式中投射面积S≈e(rtg?θ)2/sinα，?θ为换能器声束主瓣的半宽角，而20IW/4eri=γ，故有

其中γ为聚集系数（有指向性声源的最大声强与同功率无指向性声源的声强之比），0W为发射声源的功率。式（7）表明，料位测量时料面的散射回波强度与频率无关。

3 换能器的设计
气介式脉冲回波定位方法的顺利实现有技术上的困难，其中主要是：缺少有效（带有高转换系数）的电声换能器，来保证可靠的将声信号辐射到气体介质中，并且接收从分接口反射回来的信号〔3〕。因此，评价一个超声物位计上的超声换能器，主要考虑到以下性能：最大工作量程、盲区、工作频率以及使用的温度范围、密封性、耐腐蚀性等。根据上面的理论分析，料位测量时料面的散射回波强度与频率无关，而在空气中，由于吸收衰减系数与频率的平方成正比，因此空气中的超声换能器通常工作在超声频率的低端范围20～60 kHz。经权衡，我们选择径向振动圆管式超声换能器，其工作频率在21kHz左右。图4为径向振动圆管式压电陶瓷换能器示意图，图中a为电极引线、b为匹配层、c为压电陶瓷圆管、d为硬质吸声泡沫层。
4 测试结果
超声波料位仪检测资料数据见表1，换能器的频率特性曲线见图5，激发和接收波形见图6。试验表明换能器的回波信号比较大，余振较小，保证了整个系统的稳定可靠。超声波料位仪测试资料表明本超声波料位仪满足设计要求，实际测量值与理论估计的性能参数值接近。

参考文献
[1]余瑞芬.传感器原理.第2版.北京:航空工业出版社,1995
[2]北京声学学会编.工程声学Ⅲ.北京:北京大学出版社,1988
[3]袁易全.超声换能器.第2版.南京:南京大学出版社,1995