超声波传感器和接近开关课件.ppt

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1、超声波传感器接近开关东华大学机械工程学院周虎波动（简称波）：振动在弹性介质内的传播声波：其频率在16~2×104Hz之间，能为人耳所闻的机械波次声波：低于16Hz的机械波超声波：高于2×104Hz的机械波微波：频率在3×108~3×1011Hz之间的波超声波及其物理性质声波的频率界限图超声波的波型纵波——质点振动方向与波的传播方向一致的波，称为纵波。它能在固体、液体和气体中传播；横波——质点振动方向垂直于传播方向的波，称为横波。它只能在固体中传播；表面波——质点的振动介于纵波与横波之间，沿着表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波，称为表面

2、波。表面波质点振动的轨迹是椭圆形（其长轴垂直于传播方向，短轴平行于传播方向）。表面波只能沿着固体的表面传播。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，其中气体中的声速为344m/s，液体中声速在900～1900m/s。超声波在空气中的传播速度V0=331.5+0.61T(T为环境温度)超声波传感器是通过发生高频声波，然后测量声波从发生器发出、至目标物体再反射回来所需要的时间，来进行传感监测的。也可称为“传播时间”超声波传感器1.传感器变送器发射高频声波(175KHZ到215KH

3、Z)目标物体将声波反射回来标送器接收到反射回来的信号4.测量传播时间5.将空气温度取样Temperatureofairissampled6.计算距离超声波传感器的操作功能单位时间通过的波的个数，多普勒效应当波源S和接收器R有相对运动时,接收器所测得的频率不等于波源振动频率的现象。参考系:媒质波源和接收器都静止(VS=0,VR=0)波一发出就会脱离波源运动。波速与波源和接收器无关。即为收到的频率每隔一周期画一波面，间隔为，R··S波源振动频率超声波的反射和折射图13.2超声波的反射和折射超声波的吸收与衰减声衰减定义：是指声能随着传播距离而减

4、弱的现象衰减量=频率×深度频率高，衰减重原因：吸收损耗、声束扩散、反射和折射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。其声压和声强的衰减规律满足以下函数关系：式中:、——声波在距声源x处的声压和声强；、——声波在声源处的声压和声强；——声波与声源间的距离；——衰减系数。超声波传感器的工作原理压电式超声波传感器磁致伸缩式超声波传感器压电式超声波传感器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。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。当外加交变电压的频率等于压

5、电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。当超声波作用到压电晶片上时引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。磁致伸缩式超声波传感器磁致伸缩式超声波传感器是利用铁磁材料的磁致伸缩效应原理来工作的。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，从而产生出超声波。磁致伸缩式超声波接收器的原理是：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

6、性）发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈里便获得感应电动势。此电势送到测量电路，最后记录或显示出来。超声波*超声波：频率高，波长短，定向传播性好；穿透性好，在液体、固体中传播时，衰减很小，能量高等。定位、测距、探伤、显象，随着激光全息的发展声全息也日益发展，它在地质、医学等领域有重要的意义；由于能量大而集中可用来切削、焊接，钻孔，清洗机件还可用来处理种子和催化。特点用途超声波的传播速度对于介质的密度、浓度、成分、温度、压力的变化很敏感。利用这些可间接测量其他有关物理量。这种非声量的声测法具有测量精密度高、速度快的优点；超声波的

7、分辨力与穿透力频率高，分辨好，穿透差频率低，分辨低，穿透强对应的临床应用：检测浅表器官，采用高频探头检测深部脏器，采用低频探头探头频率越高，分辨力越高。频率与穿透性(penetrability)呈反比。纵向分辨力(longitudinalresolution)超声波传感器的应用超声波测厚超声波测物位超声波测流量超声波探伤超声波传感器应用举例超声波传感器应用举例（续）超声波传感器应用举例（续）质量检查紧固件的安装错误检测超声波测厚双晶直探头中的压电晶片发射超声振动脉冲，超声脉冲到达试件底面时，被反射回来，并被另一只压电晶片所接收。只要测出从

8、发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以被测体的声速常数c，就是超声脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除以2，就得到厚度：厚度测量叠放高度测量超声波传感器应用举例（续）手持式超声波