34．4 超声波方程

34．4．1 声压级

超声波传感装置在施加电压后会产生声波。声源的强度通常是声压，以微帕（μPa）为单位，在12英寸（30厘米）的参考距离测量。声压级SPL（R）是指相对于1μPa的声压，在距离声源R处的声压，用dB表示。也就是

超声波换能器的特点是参考距离R0处的声压级。

其中p0是参考距离R0处的声压，单位为μPa。

为了计算给定SPL（R0）下传感器的接收声压，请参考下图：

图中的各种损耗将在下面的小节中介绍：

34．4．2 天线增益

声强一般不是在所有方向上均匀分布的。归一化天线增益G（θ，φ）规定了方向（θ，φ）的声压与相同距离的最大声压之比。注意，这个比值假定与声源的距离无关。式（2）是在最大增益的方向上。天线增益图，AGM（θ，φ）是以dB表示的天线增益。AGM（θ，φ）＝20log（G（θ，φ））。将天线增益考虑在内，我们可以得到在参考距离方向（θ，φ）上的声压级。

天线增益对应的是图中的A块。它是可以在PreScanGUI中导入的天线增益图。

34．4．3 扩散损耗和大气衰减

为了计算距离R处的声压级，必须考虑两个降低声压级的效应。

1． 扩散损失（B块）。当波前的表面积随距离的平方而扩大时，声压就会随系数（R0／R）2而减小。以dB为单位，这就产生了损耗项－20log（R／R0）。

2． 大气衰减（C块）。声波被周围的空气吸收后，声音的压力随着穿越距离的增加而呈指数下降。以dB为单位，结果是损耗项－α（f）（R － R0）。

由此得出距离R处的声压级的表达式为：

衰减系数α（f）既是声波频率的函数，也是声波通过的介质的函数，在PreScan中的衰减系数是根据ISO 9613－1：1993计算的，是频率、温度、相对湿度和大气压力的函数。PreScan的衰减系数是根据ISO 9613－1：1993计算的，是频率、温度、相对湿度和大气压力的函数。

34．4．4反射损耗和目标强度

当声波入射到物体上时，部分能量被物体吸收。目标的反射是没有被吸收的那部分声波，用αtarget表示。由于接收机和发射机共处一地，我们对返回发射机方向的声强感兴趣。这个数字取决于目标的几何形状，是入射光束入射角的函数，称为目标强度（TS）。目标强度是指在参考距离上返回的声强与声波入射强度的比值。声强与声压的平方成正比。反射强度和目标强度对应图中的D和E块。TS用dB表示。

其中pr和pi分别是返回和入射声压。

在PreScan中，目标强度是基于物体的圆柱体近似值计算的。PreScan中默认的吸收系数是：

PreScan中使用的吸收系数。

这些系数可以在PreScan GUI菜单中配置－实验资源－目标属性－超声波。 总损耗：ΔSPL为了计算从声源到目标的路径上的总损耗，天线增益传播损耗和大气衰减的影响（公式（4）中右侧的最后两个项）发生了两次。结合目标强度，公式（5）给出了返回接收传感器的声压级。

其中，假设R0比2R小，AGM（θ，φ）是发射和接收的综合增益。总损耗是指发射和接收的声压级之差，称为ΔSPL。

它是存在于编制表的超声波块中的值EnergyLoss。

       原文标题 : PreScan快速入门到精通第三十四讲基于PreScan进行超声波雷达传感器仿真