超声波传感器课件.pptx

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1、第四章超声传感器及应用技术梁长垠教授ProfessorLiang第五章超声波传感器及应用技术教学目的：1、了解超声波传感器的作用、分类和使用方法；2、熟悉常用超声波传感器的特点及应用范围；4、掌握常用超声波传感器的工作原理及使用方法；5、学会正确选用超声波传感器的方法。教学重点：1、超声波传感器特点与选用；2、超声波传感器原理及接口电路设计方法。教学难点：1、超声波传感器工作原理；2、超声波传感器应用电路分析与设计方法。教学方法：1、引导文教学法2、引探教学法3、头脑风暴法第五章超声波传感器及应用技术问题思考：1、超

2、声波传感器的作用是什么？2、常用的超声波传感器有哪些种？各自的原理是什么?3、何为压电效应？超声波有哪些特性?4、超声波传感器的组成包括哪几个部分？5、超声波传感器的原理是什么？其应用场合有哪些?6、举出10种以上超声波传感器的应用场景。第五章超声波传感器及应用技术第一节超声波传感器定义与分类—超声波传感器概述—超声波传感器分类、结构与特性第二节超声波传感器工作原理—超声波传感器的组成—超声波传感器发射电路—超声波传感器接收电路第三节超声波传感器应用电路分析与训练—倒车雷达系统电路设计与调试—液位测量系统电路设计与调

3、试第五章超声波传感器及应用技术第一节超声波传感器定义与分类一、超声波传感器概述1、声波机械振动在媒质中的传播。（声速、波长、频率关系s=v·t）1830年法国Savart音调极限实验：存在听不到的声音一、超声波传感器概述第一节超声波传感器定义与分类1、声波蝙蝠的飞行本领铁丝直径大于0.34mm不碰撞铁丝直径小于0.07mm碰撞回音定位2、超声波是频率大于20k赫兹的声波。第一节超声波传感器定义与分类一、超声波传感器概述1、声波第一节超声波传感器定义与分类一、超声波传感器概述3、超声波的波型及其传播速度当声源在介质中施

4、力方向与波在介质中传播方向不同时，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、液体和气体介质中传播；②横波：质点振动方向垂直于传播方向的波，它只能在固体介质中传播；③表面波：质点的振动介于横波与纵波之间，沿着介质表面传播，其振幅随深度增加而迅速衰减的波，表面波只在固体的表面传播。超声波的传播速度与介质密度和弹性特性有关。气体中纵波声速为344m/s4、超声波的反射和折射由物理学知，当波在界面上产生反射时，入射角α的正弦与反射角α′的正弦之比等于波速之比。当波在界面处产生折射时，入

5、射角α的正弦与折射角β的正弦之比，等于入射波在第一介质中的波速c1与折射波在第二介质中的波速c2之比，即第一节超声波传感器定义与分类一、超声波传感器概述5、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、散射及吸收等因素有关。其声压和声强的衰减规律为式中：Px、Ix——距声源x处的声压和声强；x——声波测量点与声源间的距离；α——衰减系数，单位为Np/cm（奈培/厘米）。第一节超声波传感器定义与分类一、超声波传感器概述声波在介质中传播时，能量的衰减决定于声波的扩散、散射和吸

6、收。在理想介质中，声波的衰减仅来自于声波的扩散，即随声波传播距离增加而引起声能的减弱。散射衰减是指超声波在介质中传播时，固体介质中的颗粒界面或流体介质中的悬浮粒子使声波产生散射，其中一部分声能不再沿原来传播方向运动，而形成散射。散射衰减与散射粒子的形状、尺寸、数量、介质的性质和散射粒子的性质有关。吸收衰减是由于介质粘滞性，使超声波在介质中传播时造成质点间的内摩擦，从而使一部分声能转换为热能，通过热传导进行热交换，导致声能的损耗。第一节超声波传感器定义与分类一、超声波传感器概述第一节超声波传感器定义与分类二、超声波传感

7、器分类、结构与特性1、超声波传感器分类利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置称为超声波传感器。也称探测器、换能器、探头。超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中以压电式最为常用。压电材料：无机压电材料：分为压电晶体和压电陶瓷有机压电材料：又称压电聚合物，如偏聚氟乙烯（PVDF）（薄膜）及其它为代表的其他有机压电（薄膜）材料。压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷，这种传感器统称为压电式超声波探头。它是利用压电材料的压电效应来工作的。压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力

8、的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。依据电介质压电效