传感器与检测技术教学课件作者赵勇第5章节新型传感器原理51-53课件

《传感器与检测技术教学课件作者赵勇第5章节新型传感器原理51-53课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第5章新型传感器原理5.1波式传感器5.1.1超声波传感器5.1.2微波传感器5.1.3声表面波传感器式中：—波长;—速度；—频率5.1.1超声波传感器1.超声波及其物理性质（1）超声波的概念介质中的质点以弹性力互相联系。某质点在介质中振动，能激起周围质点的振动。质点振动在弹性介质内的传播形成机械波。频率高于20kHz的机械波，称为超声波。在超声波检测中，最常用的频率范围是0.25MHz--20MHz左右。声波的频率越高，与光波的某些特性就越相似。超声波波长、频率与速度的关系为5.1波式传感器超声波的特性是频率高、波长短、绕射小。它最显著的特性是方向性

2、好，且在液体、固体中衰减很小，穿透本领大，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，因而广泛应用于工业检测中。(2)超声波的物理性质1)超声波的波形。由于声源在介质中的施力方向与波在介质中的传播方向不同，声波的波形也有所不同。通常有：纵波、横波、表面波2)超声波的传播速度。纵波、横波及表面波的传播速度，取决于介质的弹性常数及介质密度。气体和液体中只能传播纵波，在固体中，纵波、横波和表面波三者的声速成一定关系。5.1波式传感器3）超声波的反射和折射。超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界面上一部分超声波被反射，另一部分则透过分界面，在另一种介质内

3、继续传播。反射定律：当波在界面上发生反射时，入射角的正弦与反射角的正弦之比等于入射波波速与反射波波速之比。当入射波和反射波的波型相同、波速相等等于反射角时，入射角5.1波式传感器图5-2超声波的反射和折射折射定律：当波在界面处产生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比等于入射波在第一介质中的波速与折射波在第二介质中的波速之比，即4）超声波的衰减。超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律满足以下函数关系：式中：—距声源处的超声波声压和声强；—声源处的超声波声压和声强；—距声源处的距离；—衰减系数。5.1波式传感器2.

4、超声波传感器的工作原理压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。常用的压电材料主要有压电晶体和压电陶瓷。压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。超声波传感器按其工作原理，可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，以压电式最为常用。(1)压电式超声波传感器5.1波式传感器（2）磁致伸缩式超声波传感器铁磁材料在交变的磁场中沿着磁场方向产生伸缩的现象，称为磁致伸缩效应。磁致伸缩式超声波发生器是把铁磁材料置于交变磁场中使它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，

5、从而产生出超声波。它是用几个厚为0.1~0.4的镍片叠加而成。磁致伸缩式超声波接收器的原理：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场（即导磁特性）发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈便获得感应电动势。此电动势被送到测量电路最后记录或显示出来。5.1波式传感器3.超声波传感器的应用(1)超声波测厚超声波测量厚度常采用脉冲回波法。下图为脉冲回波法检测厚度的工作原理5.1.1超声波传感器图5-4脉冲回波法检测厚度的原理图在用脉冲回波法测量试件厚度时，超声波探头与被测试件某一表面接触。若已知超声波在被测试件中的传播速度为设

6、时间厚度为，脉冲波从发射到接收的时间间隔可以测量，因此可求出被测试件厚度为用超声波传感器测量金属零件的厚度测量精确度高。但是，对于声衰减很大的材料，以及表面凹凸不平或形状极不规则的零件，利用超声波实现厚度测量比较困难。5.1波式传感器(2)超声波测物位超声波测量物位是根据超声波在两种介质的分界面上的反射特性而工作的。下图为几种超声波检测物位的工作原理图5.1波式传感器图5-5超声波物位检测原理图根据发射和接收换能器的功能，超声波物位传感器可分为单换能器和双换能器两种。对于单换能器来说，超声波从发射到液面，又从液面反射回换能器的时间间隔为式中：—换能器距

7、液面的距离；—超声波在介质中的传播速度对于双换能器来说，超声波从发射到被接收经过的路程为因此，液位高度为式中：—超声波反射点到换能器的距离；—两换能器间距之半5.1波式传感器(3)超声波测流量超声波测量流体流量是利用超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。下图为超声波测流体流量的工作原理：图中为被测流体的平均流速，为超声波在静止流体中的传播速度，为超声波传播方向与流体流动方向的夹角必须小于为两个超声波换能器，为之间的距离。5.1波式传感器4.超声波探伤超声波探伤是无损探伤技术中的一种重要检测手段。它主

8、要用于检测板材、管材、锻件和焊缝等材料的缺陷（如裂纹、气孔、杂质等），并配合断裂学对材料使用寿