空气中超声衰减

空气中超声衰减是非常厉害的，这导致在空气耦合声换能器的制作或是声传感器的设计是极具挑战的，因此对超声衰减做一个细致的分析是很有必要的。

• 具体计算

根据经验公式如下进行计算

 

   结果如下：

  

                  Figure 1 超声衰减系数与频率关系图

             Figure 2 超声衰减系数与大气压关系图

                Figure 3 超声衰减系数与温度关系图

• 结果分析

1.参考标准温度（25℃），参考标准大气压（325kpa）时，1MHz超声在空气中的衰减系数为1.6dB/cm，如果按超声压幅度衰减分析，根据

Ax=Ao*e^(-afx) 
其中，Ax—距离探头X处的振幅 ，A0—探头处的振幅 ，e—自然对数 ，a—衰减系数 ，f—超声频率(MHz) ，x—探头到某点的距离。

计算可得1cm处超声声压幅度衰减为初始值的1/4.95；由于声功率可以看做为幅度的平方，则超声声功率衰减为初始值的1/24.53，若使得换能器产生超声通过1cm空气介质后仍存在200mW~500mW功率，即换能器声发射功率需在4.906W~12.265W。

2.由于使用环境温度和气压的变化影响会导致超声衰减系数在一个小范围波动，考虑实际情况，大气压的影响是比较小的，暂不考虑。此处重点考虑温度的影响，在温度变化范围为0℃~60℃，衰减系数对应的变化范围为1 dB/cm~2.5 dB/cm。同样采取A中的计算方式，则声功率在1cm后的衰减倍数范围1.22~144；最终以500mW进行估算得换能器声发射功率范围为610mW~72W。

• 参考文献

1. 孔涛,徐春广,张运涛,许寒晖. 空气耦合超声换能器声场计算与测量研究[J].机械工程学报, 2011,47(22):19-24.
2. 孔涛. 超声换能器声场理论与测量技术[D].  北京:北京理工大学,2011.