资源描述：
《波式传感器课件.ppt》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、第十一章波式和射线式传感器第一节超声波式传感器振动在弹性介质内的传播称为波动,简称波。频率在16~2×104Hz之间,能为人耳所闻的机械波,称为声波;低于16Hz的机械波,称为次声波;频率高于2×104Hz的机械波,称为超声波。当超声波由一种介质入射到另一种介质时,由于在两种介质中传播速度不同,在介质面上会产生反射、折射和波形转换等现象。一、超声波的波形及其物理性质1、超声波波型及其转换由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不同,声波的波型也不同。通常有:①纵波——质点振动方向与波的传播方向一致的波。它能在固体、液体和气体中传播。②横波——质点振动方向垂直于传播方向的波。只
2、能在固体中传播。③表面波——质点的振动介于横波与纵波之间，沿着表面传播的波。表面波随深度增加衰减很快。表面波振动轨迹是椭圆型，在固体表面传播。2、波型转换当纵波以某一角度入射到第二介质（固体）的界面上时,除有纵波的反射、折射外,还发生横波的反射和折射,在某种情况下,还能产生表面波。3.超声波的反射和折射在两界面处，声波的传输与光传输类似，符合反射定律和折射定律。C1与C2为声波在第一介质和第二介质中传播声速。反射定律:入射波与反射波的波形相同，波速相等时：折射定律：超声波的反射和折射4.超声波的衰减声波在介质中传播时,随着传播距离的增加,能量逐渐衰减,其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸
3、收等因素有关。其声压和声强的衰减规律为Px、Ix——距声源x处的声压和声强;x——声波与声源间的距离;α——衰减系数（11-2）（11-3）10.2超声波传感器的应用一、超声波传感器为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器，或超声波探头。超声波测距原理：超声波发射探头发出的超声波脉冲在介质中传到相介面经过反射后，再反回到接收探头。超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，称为压电式超声波探头。它是实现声、电转换的装置。利用压电材料的压电效应来工作的:逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动,从而产生超声波,
4、可作为发射探头;利用正压电效应,将超声振动波转换成电信号,可用为接收探头。超声波频率与厚度的关系：——晶片沿x轴的弹性模量——晶片密度超声波频率f与其厚度δ成反比。超声波探头结构2、超声波液（物）位传感器从探头发出超声波脉冲通过介质到达液面，经过反射后又被探头接收。测量发射与接收超声波脉冲的时间间隔和声波在介质中传播速度，可求出探头与液面之间的距离。实现液位（物位）的测量。根据发射和接收换能器的功能,传感器又可分为单换能器和双换能器。对于单换能器（复合换能器）来说,超声波从发射到液面,又从液面反射到换能器的时间为对于双换能器（一对）来说,超声波从发射到被接收经过的路程为2s,而s=因此
5、液位高度为h=（s2-a2）1/22、超声波流量传感器超声波传输时间差法测流量。超声波在流体中传输时,在静止流体和流动流体中的传输速度是不同的,利用这一特点可以求出流体的速度,再根据管道流体的截面积,便可知道流体的流量。如果在流体中设置两个超声波传感器（复合探头）,它们可以发射超声波又可以接收超声波,一个装在上游,一个装在下游,其距离为L。如设顺流方向的传输时间为t1,逆流方向的传输时间为t2,流体静止时的超声波传输速度为c,流体流动速度为v。t1=t2=超声波传播时间差为Δt=t2－t1=流体的流速为v=（C>>V）实际应用中,超声波传感器安装在管道的外部,从管道的外面透过管
6、壁发射和接收超声波不会给管路内流动的流体带来影响，也有利于安装。当探头1为发射探头，2为接收探头时，超声波传播速度为顺流传播时间t1为当探头2为发射探头，1为接收探头时，超声波传播速度为逆流流传播时间t2为时差为流体的平均流速为该方法测量精度取决于时间差的测量精度，且C是温度的函数，高精度测量需进行温度补偿。3、超声波探伤脉冲反射法。超声波发射到被测试件后，传播到有声阻抗的界面上，产生反射。反射波显示在示波器屏幕上。BFT脉冲发生器接收放大器缺欠探头工件纵波探测分一次反射波法和多次反射波法。一次反射波按时间顺序屏幕上显示发射波、表面反射波和底面反射波。若工件内部有缺欠，对超声波有较强的吸收，
7、底波幅度减小。多次反射波以多次底波反射为依据。底波反射回探头时，一部分声波被探头接收，另一部分又返回底部，多次反射，直至声能全部衰减完为止。当试件有缺欠时，声波衰减很大，底波反射次数减少，直至消失，由此判断有无缺欠及缺欠的严重程度。第二节微波式传感器一、微波的基础知识微波是波长为1m一1mm的电磁波，具有下列特点：①空间辐射的装置容易制造；②遇到各种障碍物易于反射；③绕射能力较差；④传输特性良好；⑤介质对微波
