機(jī)械工業(yè)出版社CHINAMACHINEPRESS波式傳感器第8章智能傳感與檢測(cè)技術(shù)徐小華主編

ISBN978-7-111-76072-6波式傳感器8智能傳感與檢測(cè)技術(shù)超聲波傳感器8.1多普勒傳感器8.25.3波式傳感器8

振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱波。頻率在16~20KHz之間，能為人耳所聞的機(jī)械波，稱為聲波，低于16Hz的機(jī)械波，稱為次聲波；高于20KHz的機(jī)械波，稱為超聲波。當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，由于在兩種介質(zhì)中傳播速度不同，在介質(zhì)面上會(huì)產(chǎn)生反射、折射和波形轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)8.1超聲波傳感器波式傳感器8①縱波——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波;②橫波——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波;③表面波——質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于橫波與縱波之間，沿著表面?zhèn)鞑サ牟?。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)8.1超聲波傳感器8.1.1超聲波的物理性質(zhì)1.超聲波的波形及其轉(zhuǎn)換2.超聲波的反射和折射

當(dāng)波在界面上產(chǎn)生反射時(shí)，入射角α的正弦與反射角α′的正弦之比等于波速之比。當(dāng)波在界面處產(chǎn)生折射時(shí)，入射角α的正弦與折射角β的正弦之比，等于入射波在第一介質(zhì)中的波速C1與折射波在第二介質(zhì)中的波速C2之比。波式傳感器8智能傳感與檢測(cè)技術(shù)8.1超聲波傳感器8.1.1超聲波的物理性質(zhì)3.超聲波的透射率和反射率

超聲波從一種截至垂直入射到另一種介質(zhì)時(shí)，透射聲壓與入射聲壓之比稱為透射率。反射聲壓與入射聲壓之比稱為反射率。

超聲波的透射率和反射率的大小取決于兩種介質(zhì)的密度。當(dāng)從密度小介質(zhì)入射到密度大的介質(zhì)時(shí)，透射率較大，反射率也大。反之，透射率和反射率較小。波式傳感器8智能傳感與檢測(cè)技術(shù)8.1超聲波傳感器8.1.1超聲波的物理性質(zhì)4.超聲波的衰減波式傳感器8

超聲波探頭結(jié)構(gòu)如圖8-4所示，主要由壓電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護(hù)膜組成。壓電晶片多為圓板形，厚度為δ。超聲波頻率f與其厚度δ成反比。壓電晶片的兩面鍍有銀層，作導(dǎo)電的極板。阻尼塊的作用是降低晶片的機(jī)械品質(zhì)，吸收聲能量。如果沒(méi)有阻尼塊，當(dāng)激勵(lì)的電脈沖信號(hào)停止時(shí)，晶片將會(huì)繼續(xù)振蕩，加長(zhǎng)超聲波的脈沖寬度，使分辨率變差。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)8.1超聲波傳感器8.1.2超聲波探頭波式傳感器8

時(shí)間差法測(cè)量流量的原理：在被測(cè)管道上、下游的一定距離上，分別安裝兩對(duì)超聲波發(fā)射和接收探頭（F1,T1)、（F2,T2），其中F1發(fā)射到T1的超聲波是順流傳播的。而F2發(fā)射到T2的超聲波是逆流傳播的。由于這兩束超聲波在液體中傳播速度的不同，測(cè)量?jī)山邮仗筋^上超聲波傳播的時(shí)間差，從而可以求出流體的平均速度，再根據(jù)管道流體的截面積，便可知道流體的流量。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)8.1超聲波傳感器8.1.3超聲波傳感器應(yīng)用實(shí)例1.超聲波流體流量測(cè)量波式傳感器8

超聲波無(wú)損探傷有穿透法探傷和反射法探傷兩種方法。穿透法探傷根據(jù)超聲波穿透工件后能量的變化情況來(lái)判斷工件內(nèi)部質(zhì)量，其工作原理如圖8-6所示。反射法探傷根據(jù)超聲波在工件中反射情況的不同來(lái)探測(cè)工件內(nèi)部是否有缺陷，它又分為一次脈沖反射法探傷和多次脈沖反射法探傷兩種。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)8.1超聲波傳感器8.1.3超聲波傳感器應(yīng)用實(shí)例2.超聲波無(wú)損探傷波式傳感器8

超聲波傳感器在汽車中主要用于倒車提醒，使得駕駛員可以安全地倒車。其原理是，利用超聲波探測(cè)倒車路徑上或附近存在的任何障礙物，并及時(shí)發(fā)出提示。超聲波測(cè)距雖然目前在測(cè)距量程上能達(dá)到百米，但測(cè)量的精度往往只能達(dá)到厘米數(shù)量級(jí)。超聲波傳感器在倒車中的應(yīng)用如圖8-7所示。智能傳感與檢測(cè)技術(shù)8.1超聲波傳感器8.1.3超聲波傳感器應(yīng)用實(shí)例3.超聲波傳感器在汽車中的應(yīng)用波式傳感器8

生活中有這樣一個(gè)有趣的現(xiàn)象：當(dāng)一輛救護(hù)車迎面駛來(lái)的時(shí)候，聽到聲音比原來(lái)高；而車離去的時(shí)候聲音的音高比原來(lái)低。你可能沒(méi)有意識(shí)到，這個(gè)現(xiàn)象和醫(yī)院使用的彩超同屬于一個(gè)原理，那就是“多普勒效應(yīng)”。多普勒效應(yīng)Dopplereffect是為紀(jì)念?yuàn)W地利物理學(xué)家及數(shù)學(xué)家克里斯琴·約翰·多普勒（ChristianJohannDoppler）而命名的，他于1842年首先提出了這一理論。主要內(nèi)容為物體輻射的波長(zhǎng)因?yàn)椴ㄔ春陀^測(cè)者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化。在運(yùn)動(dòng)的波源前面，波被壓縮，波長(zhǎng)變得較短，頻率變得較高（藍(lán)移blueshift）；在運(yùn)動(dòng)的波源后面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相反的