外夾裝式Lamb波寬束超聲換能器的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、利用超聲波測(cè)量流速、流量的技術(shù)在工業(yè)管道的各種測(cè)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(jì)在使用時(shí)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(cè)元件影響流場分布，測(cè)量位置固定，只能定點(diǎn)測(cè)量，而且無法測(cè)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(jì)是一種十分必要的管道流量測(cè)量儀表。目前廣泛使用的外夾裝式超聲波流量計(jì)采用窄入射技術(shù)，存在信號(hào)不穩(wěn)定、接收定位困難等問題，本文針對(duì)這些難點(diǎn)，對(duì)原有的技術(shù)進(jìn)行

2、改進(jìn)，設(shè)計(jì)一種Lamb波寬束超聲波換能器，該種元件安裝方便、信號(hào)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(cè)量造成的諸多問題。本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面入手。理論方面，通過對(duì)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(jì)的合理性。采用Lamb波模式激發(fā)寬束入射信號(hào)，建立Lamb波入射的聲學(xué)模型，推導(dǎo)了換能器接收信號(hào)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(jì)提供理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)方面，設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；最后為該種換能器設(shè)計(jì)管道實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)不同型號(hào)的管道進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證了Lamb波寬束換能器通用性好、接收范圍大等特點(diǎn)，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(jì)切實(shí)可行。最后，對(duì)本文的工作進(jìn)行總結(jié)，提出文中的不足，并給出改進(jìn)建議。