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超聲波在水中傳播時,它的衰減跟哪些因素有關?

超聲波在水中傳播時,它的衰減跟哪些因素有關?

 

       在水中,要測量距離,測量流速,一般情況下都會用到超聲波。通過各種超聲波換能器發射出超聲波來,在水中傳播。

 

       超聲波在水中傳播的距離跟本身的頻率、發射電壓、水是靜止的還是波動的、水中的固體懸浮物含量、水中的粘度有關。

 

       為了簡化問題,安布雷拉的工程師先把超聲波發射電壓這個條件設定為同樣的,都是24VPP發射。

 

       超聲波在水中傳播的時候,第1個影響衰減的因素是超聲波的頻率。

 

       在靜止的水中,都用24VPP的發射電壓,頻率越低的,傳播的越遠。

 

       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發射,在水庫做實驗,

 

       200KHz頻率發射,自己發射自己接收,可以測量到30米~40米距離,收到的沒有經過放大的信號在30~100mV之間。

 

       50KHz頻率發射,自己發射自己接收,可以測量到150米~200米距離,收到的沒有經過放大的信號在50~120mV之間。

 

超聲波換能器 水下測距

 

       第2個影響衰減的因素是水中的懸浮物,包括懸浮物、粉末狀物體、藻類等。

 

       超聲波在水中傳播,它遇到懸浮物,比如說像河水,它如果稍微有點渾濁就意味著中間有懸浮物,當然如果渾濁更厲害,那就意味著懸浮物更多,這些懸浮物的顆粒度是不一樣的,有很細的粉末狀的,有的是顆粒,那么超聲波的傳播過程中遇到這些東西,就會有一部分被懸浮物反射到其他方向,懸浮物越大對超聲波的散射作用越強,,也就是說懸浮物體積相對越大就越容易把超聲波反射到其他方向。

 

       那這樣超聲波在測距過程中到達目標物體的信號強度就小了很多,超聲波到達木條物體以后再反射回來,反射的過程中也會遇到這些懸浮物,這也會造成它的散射,然后是接收到的信號強度嚴重衰減。

 

       在同一種超聲波頻率發射的前提下,水中的懸浮物越多,那么它衰減的越厲害。

 

       實驗:在同一個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發射,使用的是清水,放入粉末狀的泥土和黃沙來做對比。粉末狀的泥土放入后,在泥土沒有沉到水底之前,用示波器查看,接收到的信號會衰減3~10倍。黃沙放入會,在黃沙沒有沉到水底之前,用示波器查看,已經看不到接收到的信號了。

 

       第3個影響衰減的因素是水的流動性。

       超聲波在水中測距的時候,如果在靜止的水中遠的可以測到100米,那么在超聲波換能器和被測目標之間的水產生了流動,水流速度越快,接收到的超聲波信號衰減就越厲害。

 

       第4個影響衰減的因素是水溫。

       其次是水溫,以20℃的水溫為標準,高于20℃的溫度越高,它的衰減就會越厲害,低于20℃,溫度越低,它的衰減就越小。這個對于信號的衰減的影響比較小。


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