超聲波在水中傳播時(shí),它的衰減跟哪些因素有關(guān)?
在水中,要測(cè)量距離,測(cè)量流速,一般情況下都會(huì)用到超聲波。通過(guò)各種超聲波換能器發(fā)射出超聲波來(lái),在水中傳播。
超聲波在水中傳播的距離跟本身的頻率、發(fā)射電壓、水是靜止的還是波動(dòng)的、水中的固體懸浮物含量、水中的粘度有關(guān)。
為了簡(jiǎn)化問(wèn)題,安布雷拉的工程師先把超聲波發(fā)射電壓這個(gè)條件設(shè)定為同樣的,都是24VPP發(fā)射。
超聲波在水中傳播的時(shí)候,第1個(gè)影響衰減的因素是超聲波的頻率。
在靜止的水中,都用24VPP的發(fā)射電壓,頻率越低的,傳播的越遠(yuǎn)。
理論值:超聲波在水中傳播,它的衰減跟距離兩次方成反比。
以DYW-50/200-NA為例,24VPP發(fā)射,在水庫(kù)做實(shí)驗(yàn),
200KHz頻率發(fā)射,自己發(fā)射自己接收,可以測(cè)量到30米~40米距離,收到的沒(méi)有經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)在30~100mV之間。
50KHz頻率發(fā)射,自己發(fā)射自己接收,可以測(cè)量到150米~200米距離,收到的沒(méi)有經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)在50~120mV之間。
超聲波換能器 水下測(cè)距
第2個(gè)影響衰減的因素是水中的懸浮物,包括懸浮物、粉末狀物體、藻類(lèi)等。
超聲波在水中傳播,它遇到懸浮物,比如說(shuō)像河水,它如果稍微有點(diǎn)渾濁就意味著中間有懸浮物,當(dāng)然如果渾濁更厲害,那就意味著懸浮物更多,這些懸浮物的顆粒度是不一樣的,有很細(xì)的粉末狀的,有的是顆粒,那么超聲波的傳播過(guò)程中遇到這些東西,就會(huì)有一部分被懸浮物反射到其他方向,懸浮物越大對(duì)超聲波的散射作用越強(qiáng),,也就是說(shuō)懸浮物體積相對(duì)越大就越容易把超聲波反射到其他方向。
那這樣超聲波在測(cè)距過(guò)程中到達(dá)目標(biāo)物體的信號(hào)強(qiáng)度就小了很多,超聲波到達(dá)木條物體以后再反射回來(lái),反射的過(guò)程中也會(huì)遇到這些懸浮物,這也會(huì)造成它的散射,然后是接收到的信號(hào)強(qiáng)度嚴(yán)重衰減。
在同一種超聲波頻率發(fā)射的前提下,水中的懸浮物越多,那么它衰減的越厲害。
實(shí)驗(yàn):在同一個(gè)1米深度水池,用DYW-50/200-NA超聲波換能器工作在200Khz頻率,用24VPP發(fā)射,使用的是清水,放入粉末狀的泥土和黃沙來(lái)做對(duì)比。粉末狀的泥土放入后,在泥土沒(méi)有沉到水底之前,用示波器查看,接收到的信號(hào)會(huì)衰減3~10倍。黃沙放入會(huì),在黃沙沒(méi)有沉到水底之前,用示波器查看,已經(jīng)看不到接收到的信號(hào)了。
第3個(gè)影響衰減的因素是水的流動(dòng)性。
超聲波在水中測(cè)距的時(shí)候,如果在靜止的水中遠(yuǎn)的可以測(cè)到100米,那么在超聲波換能器和被測(cè)目標(biāo)之間的水產(chǎn)生了流動(dòng),水流速度越快,接收到的超聲波信號(hào)衰減就越厲害。
第4個(gè)影響衰減的因素是水溫。
其次是水溫,以20℃的水溫為標(biāo)準(zhǔn),高于20℃的溫度越高,它的衰減就會(huì)越厲害,低于20℃,溫度越低,它的衰減就越小。這個(gè)對(duì)于信號(hào)的衰減的影響比較小。