第6章 超声波传感器ppt课件.ppt

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1、传感技术与电子测量主讲教师：赵珂6.1概述6.2超声波传感器6.3超声波传感器的应用6.4典型应用电路第六章超声波传感器基本原理：利用某种待测的非声量与某些描述媒质声学特性的超声量之间存在着的直接或间接的关系。测量对象：密度、流量、液位、厚度、缺陷等基于反射原理的示意图6.1概述1、超声波及其基本特性波（动）：振动在弹性介质内的传播称为波动。频率：次声波、声波、超声波、微波次声波：低于16Hz的机械波；声波：其频率在16~2×104Hz之间，能为人耳所闻的机械波；超声波：高于2×104Hz的机械波；微波：频率在3×108~3×1

2、011Hz之间的波；2、超声波的波型及其转换和波速纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致。（固、液、气）横波：质点的振动方向垂直于波的传播方向。（固）表面波：质点的振动介于纵波和横波之间，沿着表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减。（固体表面）L1界面介质1介质22L1L2S1S2L—入射纵波；L1—反射纵波；L2—折射纵波S1—反射横波；S2—折射横波。超声波的传播速度取决于介质的弹性常数及介质的密度，与自身频率无关。在固体介质中，纵波、横波、表面波三者的声速分别为E—杨氏模量；—泊松比；G—剪切弹性模量。例：T=0°C，

3、超声波在空气中的传播速度C1=331.45m/s,C=331.45+0.61T(m/s)T：°C3、超声波的反射和折射当波速一致时入射波′界面介质1介质2反射波折射波（2）折射定律c1—入射声波速；c2—折射声波速（1）反射定律4、声波的衰减超声波在一种介质中传播时，随着距离的增加，能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律为P0、I0—声波在x=0处的声压和声强；P、I—声波在x处的声压和声强；—衰减系数。应用：工件的厚度、球墨铸铁的球化程度、泥浆的浓度等。5、超声波与介质的相互作用机械效应超声波可以引起质点的运动空化效应一般

4、表现在液体中微气泡的振动热效应介质吸收超声波的能量6、超声波的特点超声波是机械波的一种，它的特征是频率高、波长短、绕射现象小。最明显的一个特征是方向性好，能够成为射线而定向传播。超声波在液体、固体中衰减很小，所以穿透能力很强，尤其在对不透明的固体中，超声波能穿透几十米的长度，碰到杂质或分界面就会有显著的反射。这些特性使得超声波检测广泛应用于工业、医学中。当超声波在一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质中的传播速度不同，在异质界面上将会产生反射、折射、波形转换等现象。6.2超声波传感器1、定义：能够完成产生超声波和接收超声波功

5、能的装置就是超声波传感器，也称为超声波换能器获超声波探头。应用：超声波传播时间传感器、目标探测、流量测量、液位测量、超声清洗、超声医疗等。特点：精度高，被测物体不受影响。2、分类结构：直探头、斜探头、双探头和液浸探头工作原理：压电式、磁致伸缩式、电磁式探伤用超声波传感器的结构图（a）直探头；（b）斜探头；（c）双探头3、压电式探头超声波传感器是近年来出现的用于超声控制元件，它分为发射器和接收器。发射器将电磁振荡转换为超声波向空间发射，接收器将接收的超声波进行声电转换变为电脉冲信号。实质上是一种可逆的换能器，即将电振荡的能量转变

6、为机械振荡，形成超声波；或者由超声波能量转换为电振荡。常用的传感器有T40-XX和R40-XX系列，UCM-40T，UCM-40R等，其中T代表发射传感器，R代表接收传感器，40为中心频率40KHZ。常见的超声波传感器的谐振频率（中心频率）为23Khz，40khz,75khz,200khz,400khz等，谐振频率高，在相同发射功率的前提下检测距离短，但分辨力提高。方波振荡器40KHZ驱动电路放大电路超声波传感器工作原理示意图工作原理当40KHZ的脉冲电信号加在超声波发射器上，由压电陶瓷激励器和谐振片转换成机械振动，经锥形辐射器

7、将超声振动信号以疏密波的形式向外发射出去。（锥形辐射器控制超声波的发射角度）接收器在收到由发射器传来的超声波后，使内部的谐振片谐振，通过声电转换作用将电能转换为电脉冲信号，由于该电脉冲的信号幅度很小（μV级）经信号放大器放大，最后驱动执行器使电路工作。6.3超声波传感器的应用1、超声波测厚（距）：脉冲回波法：主控制器脉冲发送电路接收电路探头标准振荡电路计数电路2、液位测量通过测量发射和接收信号之间的时间差测距离。采用超声波模块的测距计3、超声波探伤穿透法探伤：穿透法探伤是根据超声波穿透工件后能量的变化情况来判断工件内部质量。反射

8、法探伤：反射法探伤是根据超声波在工件中反射情况的不同来探测工件内部是否有缺陷。它又分为一次脉冲反射法和多次脉冲反射法两种。（1）穿透法探伤优点：指示简单，适用于自动探伤；可避免盲区，适宜探测薄板。缺点：探测灵敏度较低，不能发现小缺陷；根据能量的变化可判断有无缺陷