外夾裝式Lamb波寬束超聲換能器的理論與實驗研究.pdf

1、利用超聲波測量流速、流量的技術(shù)在工業(yè)管道的各種測量中有著廣泛的應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的嵌入式超聲波流量計在使用時存在諸多不便，探頭安裝既破壞管道又需要斷流，植入的檢測元件影響流場分布，測量位置固定，只能定點測量，而且無法測量腐蝕性、導(dǎo)電性高等不易接觸的流體。因此，外夾裝式超聲流量計是一種十分必要的管道流量測量儀表。目前廣泛使用的外夾裝式超聲波流量計采用窄入射技術(shù)，存在信號不穩(wěn)定、接收定位困難等問題，本文針對這些難點，對原有的技術(shù)進行

2、改進，設(shè)計一種Lamb波寬束超聲波換能器，該種元件安裝方便、信號接收范圍大、通用性好，很好的解決了因窄發(fā)射技術(shù)給測量造成的諸多問題。本文從理論和實驗兩個方面入手。理論方面，通過對透射聲場的理論分析得到了入射聲波頻率與透射聲波束寬的關(guān)系，從理論上證明寬束方法用于外夾裝式超聲波流量計的合理性。采用Lamb波模式激發(fā)寬束入射信號，建立Lamb波入射的聲學(xué)模型，推導(dǎo)了換能器接收信號的長度范圍，以及Lamb波在管道中傳播的色散方程，

3、為換能器的設(shè)計提供理論依據(jù)。實驗方面，設(shè)計并制作了Lamb波寬束超聲換能器，利用有限元軟件Ansys模擬該換能器工作時超聲波在鋼板—水—鋼板這一多層媒質(zhì)中的傳播過程，并用實驗進行驗證；最后為該種換能器設(shè)計管道實驗，通過對不同型號的管道進行測試，驗證了Lamb波寬束換能器通用性好、接收范圍大等特點，證明Lamb波寬束超聲換能器和寬束方法用于外夾裝式超聲流量計切實可行。最后，對本文的工作進行總結(jié)，提出文中的不足，并給出改進建議。