多普勒信息窗
由于超声波的指向特性,换能器所能接收到的反射信号只能是由发射元件和接收元件的指向特性决定的重叠区域内的散射粒子的反射波,这个重叠区域称为多普勒信号的信息窗,如图。
1.发射换能器;2.声楔;3.多普勒信息窗;4.接收换能器
对流量测量而言,有效的多普勒信息主要取决于声场中声压最大至其功率下降一半区域内的反射信号,所以收发元件的半功率点夹角α所形成的重叠区对测量至关重要,如上图中的阴影部分。信息窗内的散射粒子把入射的超声波反射至接收换能器。信息窗外的散射粒子存在以下三种情况:
(1)绝大部分散射粒子遇不到入射超声波;
(2)少部分散射粒子遇到入射超声波,但其反射的声信号达不到接收换能器;
(3)少部分散射粒子遇到入射超声波,但因其反射信号强度太弱,其作用可以忽略。
因此,接收换能器所接受到的反射信号可看成是由信息窗中所有流动的散射粒子反射回来的杂乱无章的反射波的叠加,那么,信息窗内多普勒频移应该是叠加的平均值,即:
式中 从左到右从上到下依次代表信息窗内所有散射粒子的多普勒频移的平均值,1/s;
信息窗内任一个散射粒子产生的多普勒频移,1/s;
产生多普勒频移的粒子数。
由于事实上接收换能器所接受的信号是信息窗内平均的多普勒频移,因此流量方程式应变为:
|