资源描述：
《超声波传感器测量声速和距离实验的研究》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、68传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2009年第28卷第11期超声波传感器测量声速和距离实验的研究12高峰,郑源明(1.辽宁科技大学理学院,辽宁鞍山114051;2.上海复旦天欣科教仪器有限公司,上海200433)摘要:研制了一种新型的采用超声波传感器测量材料中超声波传播的速度和距离的实验装置。用该实验装置可测量超声波在固体、液体、气体中的传播速度,并可以探测水中物体、水深及工件体内部的缺陷,应用于医学还可以测量人体脏器的厚度、位置等。实验结果表明:一般不确定度小于3.0%。关键词:超声波传感器;声速;位置;厚度中图分类号:TB
2、551文献标识码:A文章编号:1000—9787(2009)11—0068—03Experimentalstudyonmeasuringsoundvelocityanddistanceusingultrasonicsensor12GAOFeng,ZHENGYuan2ming(1.CollegeofScience,LiaoningUniversityofScienceandTechnology,Anshan114051,China;2.ShanghaiFudanTianxinScienceEducationInstrumentsCo.,Ltd,Shanghai200433,China)A
3、bstract:Anewexperimentaldeviceusingultrasonicsensorisdesignedtomeasuretheultrasonicvelocityanddistanceinmaterial.Thisexperimentaldevicecanbeusedtomeasuretheultrasonicvelocityinsolid,liquidandgas,andalsodetectobjectsinwater,thedepthofwateranddefectsinworkpiece.Itcanbeusedinmedicalscienceformeasur
4、ingthethicknessandpositionofhumanorgans.Theexperimentalresultsshowtheuncertaintiesarelessthan3%.Keywords:ultrasonicsensor;soundvelocity;position;thickness0引言过耦合剂(如,甘油、蓖麻油、水等)将探头与待测工件体紧414超声波的频率很高(2×10～10Hz),衍射效应小,传密接触,从数字示波器上可以看到始脉冲S波和一次反射播方向性好。它在固体和液体传播过程中,衰减很小、穿透脉冲R1回波,二次反射脉冲R2回波等。本领强、能量高而且集中,
5、利用超声波定向发射性质,可以如d为工件体的厚度,始脉冲S波与第一次反射脉冲探测水中活动的物体、海深;工业中利用超声波可以精确测R回波之间的时间差为Δt,v为工件中的声速,那么[7]11量部分物体的厚度(如,船舶壳体),还可以探测工件、高温2d=vΔt1.(1)[1,2]容器及用于放射性材料的管道内部缺陷。在医疗诊断同理,第n次反射波与始发波之间的时间为Δtn,那么[3,4]中用于测量脏器厚度、病变及位置,眼膜的厚度等。近2nd=vΔtn.(2)年来,超声测厚测距技术,在工业、渔业、医疗、军事、探矿等如果按图1(b)所示,超声探头固定,待测工件体置于[5,6]方面有着广泛的应用。为此,本
6、文设计了一种新型的水中,并与超声探头对准,始脉冲S波与工件体前一个界面超声波测厚测距实验仪,将待测工件体置于液体中,模拟对第一次反射脉冲R1回波的时间差为Δt2,探头与工件的距待测工件体无接触测量的环境,测量了超声波在几种材料离为X,超声波在水中的传播速度为v1,则有中传播的声速、工件体厚度和内部缺陷,其测量结果的不确2X=v1Δt2.(3)定度一般小于3.0%。1如R1回波与工件体后一界面第一次反射脉冲R2回波设计原理1.1反射回波法测量液体或固体中超声波传播速度之间的时间差为Δt3,d1为工件体的厚度反射回波法是基于超声波在通过不同声阻抗组织界面2d1=vΔt3.(4)时会发生较强
7、反射的原理工作。如图1(a)所示装置,通用式(1)～式(4)可以在已知工件厚度d,d1或距离X收稿日期:2009—09—09©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第11期高峰,等:超声波传感器测量声速和距离实验的研究69的情况下,测出材料声速。也可以使用式(1),式(3),2实验装置式(4),用已经
