超聲水表是電子水表中最具推廣價值的水表之一，而壓電換能器則是超聲水表中的關鍵核心部件，它的性能優劣決定了超聲水表工作的穩定與可靠。
超聲波頻率是超聲水表與換能器設計時必須共同面對的重要技術參數，考慮到超聲水表中同一換能器承擔著發射和接收超聲波的雙重功能，因此需要在兼顧發射與接收兩方面性能的同時，理性選擇工作頻率與相關參數值，確保超聲水表計量性能和長期工作可靠性符合標準的要求。正確理解和掌握超聲換能器在不同工作頻率下運行時的特性，用科學方法合理選擇換能器工作頻率，是設計高性能超聲水表的重要環節之一。
1 換能器工作原理與主要特性
超聲水表換能器通常采用壓電陶瓷材料作“電-機-聲”轉換元件，在阻抗匹配和背襯材料共同作用下，可以完成超聲波的發射、傳輸與接收等任務。當前，壓電陶瓷元件幾乎都采用薄圓片厚度伸縮振動模式進行工作。壓電換能器的內部結構通常是由薄圓片壓電元件、表面覆蓋銀層(電極面)、阻抗匹配層、背襯吸收層和換能器外殼等構成。
2 換能器工作頻率選用準則
超聲波在水中傳播時會發生衰減，其強度會隨傳播距離增加而下降。影響衰減的主要原因是超聲波在介質中傳播時存在著吸收、散射和擴散等效應，并以吸收和散射為主。當分別采用1 MHz 和4 MHz 頻率的激勵信號用于相應固有頻率的發射換能器時，根據式，1 MHz 頻率超聲波在水中的衰減量約為 4 MHz 頻率超聲波的1 /16。換句話說，在同樣傳播距離下，4 MHz 頻率換能器接收到超聲波信號的幅值是 1 MHz 頻率時的 1 /16。
3 衰減特性
上文已經提到，超聲波在水介質中傳播時會發生顯著地衰減，且工作頻率越高其衰減程度越嚴重;同時，在接收同樣發射強度的超聲波信號時，4 MHz換能器接收到的信號幅值將是 1 MHz 換能器的 1 /16。在大口徑水表應用中，兩換能器之間的聲距會大大增加，因此超聲波信號傳輸的衰減問題就會更加凸顯。
4 脈沖數
根據上文分析，提高換能器工作頻率，可以在較短的脈沖持續時間內獲得較多的脈沖周期數，便于用較多的過零檢測點通過求平均的方法獲得換能器較穩定的接收信號時間終止點。
5 頻率漂移影響
換能器工作頻率變化會導致接收信號時間終止點發生改變，進而會影響超聲水表測量結果的準確性。紅色細實線反映了因工作頻率漂移使接收信號時間終止點(即過零檢測點)發生 δ 位移量。因此，在相同量值的頻率變化影響下，如采用較高頻率換能
器，其頻率影響量就會顯著減少。可以作出粗略判斷，4 MHz 工作頻率換能器的影響程度約為 1 MHz 頻率影響程度的 1 /4。
6 結語
綜上所述，超聲水表換能器工作頻率的選用與超聲水表的性能密切相關。在設計超聲水表時，應綜合考慮工作頻率對超聲水表各相關方面的影響。當超聲水表公稱通徑比較大(如大于 DN200)的情況下，建議選用較低的換能器工作頻率 ，這樣可以使超聲波傳播距離增加，減少超聲波發射(激勵)功率;對中小公稱通徑的超聲水表，可以考慮選用較高的換能器工作頻率( 如 4 MHz) ，便于較準確地控制好超聲波接收時間終止點，提高超聲水表測量重復性，減少測量誤差，降低換能器制造成本等。
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