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什么是換能器品質因素Q

來源:什么是換能器品質因素Q點擊量:0時間:2014-04-21返回

這是對單自由度的機械或電學系統共振尖銳度或頻率選擇性的度量,有機械品質因素Qm和電學品質因素Qe兩類。特別要指出,機械品質因素Qm是換能器諧振特性、頻帶寬度或阻尼的一個量度,尤其是阻尼對換能器的工作狀態有非常密切的關系。Qm對換能器產生的波形和接收時的響應曲線等有著重要的影響。機械品質因素Qm的定義為:

Qm0M/Rm=π/δ≈f0/△f

式中:ω0—諧振時的角頻率,即ω=2πf0;f0-機械共振頻率;△f-頻帶寬度,它等于f2-f1,這里的f1和f2分別是低于和高于f0的頻率,在該頻率處速度振幅將下降到它的極大值(諧振點)的0.707倍,即20lg0.707=3dB;M-振動系統的等效質量,這在通常是把換能器當作具有分布常數來進行測定的;Rm-換能器機械阻抗的力阻分量,它相當于換能器中的能量消耗;δ-這是一個作自由振動但有阻尼的換能器的對數減縮,它等于Rm/2f0M。

對于Qm大的換能器,其頻帶寬度窄,在諧振頻率點上有較高的靈敏度,即諧振峰尖銳,一個短促的電脈沖就能使高Qm值的發射換能器有一個較長持續時間的“振鈴”存在(就像敲鑼,擊一下就會響一陣,然而在檢測技術應用中則不希望出現這種“振鈴”干擾),或者,在接收時會因“濾波”作用(即截止頻率范圍窄)而使輸出的電信號不能準確代表真實的寬頻帶超聲脈沖(同樣以敲鑼為例--擊一下馬上用手捂住鑼面,則鑼聲短促即止)。在實際應用中,需要施加到換能器上的發射電壓在理論上能在輻射表面上產生盡可能大的振幅位移(達到諧振狀態),而在撤除此電壓后,換能器應能盡快地停振,即使得振幅回零(這樣就可以產生短促的聲脈沖)。在接收狀態下,則應使應力脈沖(聲脈沖)施加到理想的接收換能器上時不會產生“振鈴”現象,輸出的電信號才能真實地再現應力波的情況。

從上述這些要求來看,都希望換能器的Qm值較低為好。Qm值的大小除與換能元件本身的材料特性有關外,通??梢酝ㄟ^附加阻尼的方法來降低Qm值,而且,在Qm值較低時,換能器的頻率響應將趨于較平坦的曲線,獲得較好的,但也相應降低了靈敏度。

 

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