第11章超声波传感器ppt课件.ppt

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1、10.3超声波传感器1.概述：2.超声波物理基础3.超声波传感器的原理4.超声波传感器的检测方式5.超声波探头6.超声波传感器的应用传感技术与信号处理第10章11.超声波特性：人们能听到的声音是由物体振动产生的，它的频率在20HZ～20kHZ范围内。频率超过20KHZ称为超声波，低于20HZ称为次声波。检测中常用的超声波频率范围为几十kHZ到几十MHZ。超声波具有以下基本性质。1）.传播速度2）.反射和折射现象3）.传播中的衰减2.声波的分类：1).次声波低于20赫兹(Hz)的机械振动人耳不可闻，称为次声波

2、，但可与人体器官发生共振，7~8Hz的次声波会引起人的恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。但许多动物却能感受到。比如地震发生前的次声波就会引起许多动物的异常反应。22).可闻声波声波是一种机械波。当它的振动频率在20Hz～20kHz的范围内时，可为人耳所感觉，称为可闻声波。美妙的音乐可使人陶醉。33).超声波蝙蝠能发出和听见超声波。4蝙蝠依靠超声波捕食频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。5振动在弹性介质内的传播称为波动，简称波。其频率在16~2×104Hz之间，能为人耳所闻的机械波，称为声波；低于16Hz

3、的机械波，称为次声波；高于2×104Hz的机械波，称为超声波,频率在3×108~3×1011Hz之间的波，称为微波。声波的频率界限如图所示。620世纪中叶，人们发现某些介质的晶体，例如石英晶体、酒石酸钾钠晶体、PZT晶体等，在高电压窄脉冲作用下，能产生较大功率的超声波。它与可闻声波不同，可以被聚焦，能用于集成电路的焊接，显像管内部的清洗。在检测方面，利用超声波有类似于光波的折射、反射的特性，制作超声声纳探测器，可以用于探测海底沉船、敌方潜艇等.现在，超声波已渗透到我们生活中的许多领域，例如B超、遥控、防盗、无损探伤等

4、。7超声波与可闻声波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特点。超声波雾化器超声波加湿器8压电陶瓷或磁致伸缩材料在高电压窄脉冲作用下，可得到较大功率的超声波，可以被聚焦，能用于集成电路及塑料的焊接。超声波塑料焊接机9超声波金丝焊接机10超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在遇到两种介质的分界面时，能产生明显的反射和折射现象，这一现象类似于光波。便携式超声波探鱼器11超声波用于高效清洗当弱的声波信号作用于液体中时，会对液体产生一定的负压，即液体体积增加，液体中分子空隙加大，形成许多微小的气泡；而当强的声波信号作用于液体时，则

5、会对液体产生一定的正压，即液体体积被压缩减小，液体中形成的微小气泡被压碎。经研究证明：超声波作用于液体中时，液体中每个气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压的压力，这种现象被称之为“空化作用”，超声波清洗正是利用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲刷工件内外表面的作用。超声清洗多用于半导体、机械、玻璃、医疗仪器等行业。12·2.超声波物理基础频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本领大，能穿透几米厚的钢板，而能量损失不大。在遇到两种介

6、质的分界面（例如钢板与空气的交界面）时，能产生明显的反射和折射现象，超声波的频率越高，其声场指向性就愈好。131).超声波的传播方式由于机械波的振源施力方向与波在介质中传播的方向不同，所以超生波的传播波型形式主要可分为纵波、横波、表面波等几种。(1)横波：质点的振动方向垂直于传播方向的波。它只能在固体中传播，如图(a)所示。14(3)表面波：质点的振动介于纵波和横波之间，沿着表面传播，它是振动幅度随深度的增大而迅速衰减的波。表面波只在固体的表面传播。152).声速、波长与指向性(1)声速:声波的传播速度取决于介质的弹

7、性系数、介质的密度以及声阻抗。表示出了几种常用材料的声速与密度、声阻抗的关系。在这里，声阻抗是描述介质传播声波特性的一个物理量。介质的声阻抗Z等于介质的密度P和声速c的乘积，即Z=pc固体的横波声速约为纵波声速的一半，且与频率关系不大。而表面波的声速约为横波声速的90％，故又称表面波为慢波。温度越高，声速越慢。16(2).波长超声波的波长λ与频率f的乘积恒等于声速c,即λf=c例如，将一束频率为5MHz的超声波(纵波)射人钢板，查表可知，纵波在钢中的声速CL=5．9km／s，所以此时的波长λ为1.18mm，如果是可闻

8、声波，其波长将大上千倍。(3)指向性超声波声源发出的超声波束以一定的角度逐渐向外扩散，如图所示。在声束横截面的中心轴线上，超声波最强，且随着扩散角度的增大而减小。指向角θ与超声源的直径D、以及波长λ之间的关系为sinθ=1.22λ／D173).倾斜入射时的反射与折射超声波在传播中通过两种不同介质时，会产生折射和反射现象，其频率越高，反射和折射的