1.什么是超聲波？為什么可聞聲波不適合檢測(cè)領(lǐng)域而超聲波可以？2.超聲波的特性。3.聲波的衰減規(guī)律；4.超聲波的發(fā)射與接收原理5.超聲波探頭6.耦合劑的作用？1課前復(fù)習(xí)1.什么是超聲波？2.超聲波的特性。3.聲波的衰減；超聲波的發(fā)射與接收原理固體傳導(dǎo)型氣體傳導(dǎo)型單晶直探頭雙晶直探頭單晶斜探頭雙晶斜探頭聚焦探頭4.超聲波探頭5.耦合劑的作用？9/5/20252單元三超聲波傳感器的應(yīng)用

當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測(cè)物兩側(cè)時(shí)，這種類(lèi)型稱(chēng)為透射型。透射型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、接近開(kāi)關(guān)等。超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型，反射型可用于接近開(kāi)關(guān)、測(cè)距、測(cè)液位或物位、金屬探傷以及測(cè)厚等。

9/5/20253疊放高度測(cè)量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9/5/20254超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）物件放置錯(cuò)誤檢測(cè)超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）透明塑料張力控制機(jī)械手定位超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9/5/20257一、超聲波流量計(jì)

F1發(fā)射的超聲波先到達(dá)

T19/5/20258測(cè)量流量原理分類(lèi)

時(shí)間差法測(cè)量流量原理：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，T1的超聲波是順流傳播的，而F2，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

t，可得到流體的平均速度及流量。9/5/20259F1發(fā)射的超聲波到達(dá)

F2的時(shí)間較短頻率差法測(cè)流量9/5/202510

頻率差法測(cè)量流量原理：

F1、F2是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器與接收器用。首先由F1發(fā)射出第一個(gè)超聲脈沖，它通過(guò)管壁、流體及另一側(cè)管壁被F2接收，此信號(hào)經(jīng)放大后再次觸發(fā)F1的驅(qū)動(dòng)電路，使F1發(fā)射第二個(gè)聲脈沖。緊接著，由F2發(fā)射超聲脈沖，而F1作接收器，可以測(cè)得F1發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率為f1。同理可以測(cè)得F2發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率為f2。順流發(fā)射頻率f1與逆流發(fā)射頻率f2的頻率差

f與被測(cè)流速v成正比。F2F1△f=f1-f2≈v·sin2α/D同側(cè)式超聲波流量計(jì)的使用

9/5/202512超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用

回憶第五章電容式傳感器中差壓式節(jié)流流量計(jì)原理，試分析超聲波流量計(jì)有什么優(yōu)點(diǎn)？9/5/202513二、超聲波測(cè)距

空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)物時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間t，再乘以空氣的聲速（340m/s），就是超聲脈沖在被測(cè)距離所經(jīng)歷的路程，除以2就得到距離。

9/5/202514超聲波測(cè)距儀超聲波測(cè)距儀測(cè)量效果受環(huán)境影響較大，穩(wěn)定和方向性較激光測(cè)距儀差，但價(jià)格相對(duì)便宜，適合室內(nèi)測(cè)量。

9/5/202515三、超聲波測(cè)厚

雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動(dòng)脈沖，超聲脈沖到達(dá)試件底面時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一只壓電晶片所接收。只要測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間t，再乘以被測(cè)體的聲速常數(shù)c，就是超聲脈沖在被測(cè)件中所經(jīng)歷的來(lái)回距離，再除以2，就得到厚度

：9/5/202516手持式超聲波測(cè)厚儀

測(cè)量試件厚度的方法：電感測(cè)微器（分辨力可達(dá)0.1μm）、電渦流測(cè)厚儀（只能測(cè)0.1mm以?xún)?nèi)的金屬厚度）、數(shù)顯電容式游標(biāo)卡尺（分辨力1μm、10μm）。超聲測(cè)厚儀特點(diǎn)：量程范圍大、無(wú)損、便攜等，但測(cè)量精度與溫度及材料的材質(zhì)有關(guān)。9/5/202517某超聲波測(cè)厚儀指標(biāo)

顯示方法∶128*32LCD點(diǎn)陣液晶顯示（帶背光）

顯示位數(shù)：四位

測(cè)量范圍：0.8~200mm

示值精度：0.1mm

聲速范圍：1000~9999m/s

測(cè)量周期：2次/秒

自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)間：90秒

電源：二節(jié)七號(hào)（AAA）電池，可連續(xù)工作不少于72小時(shí)

使用溫度：-10°C~40°C

存儲(chǔ)溫度：-20°C~70°C

外形尺寸：108x61x25mm

重量：230g（含電池）9/5/202518超聲波測(cè)厚石料測(cè)厚9/5/202519雙晶超聲波測(cè)厚探頭9/5/202520四、超聲防盜報(bào)警器

圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率f=40kHz左右的超聲波。如果有人進(jìn)入信號(hào)的有效區(qū)域，相對(duì)速度為v，從人體反射回接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移

f。

9/5/202521多普勒效應(yīng)

前進(jìn)方向的頻率升高

如果波源和觀察者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，那么觀察者接收到的頻率和波源的頻率就不相同了，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。測(cè)出

f就可得到運(yùn)動(dòng)速度。9/5/202522超聲波多普勒測(cè)量車(chē)速9/5/202523汽車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)速介紹雷達(dá)測(cè)速頭9/5/202524汽車(chē)超聲雷達(dá)測(cè)速器的使用9/5/202525超聲波多普勒測(cè)量風(fēng)速風(fēng)

風(fēng)引起超聲波的頻率變大或變小9/5/202526五、超聲波測(cè)量液位和物位原理

在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測(cè)得液體的液面。

9/5/202527超聲波液位計(jì)原理

1—液面2—直管

3—空氣超聲探頭

4—反射小板5—電子開(kāi)關(guān)

由于空氣中的聲速隨溫度改變會(huì)造成溫漂，所以在傳送路徑中還設(shè)置了一個(gè)反射性良好的小板作標(biāo)準(zhǔn)參照物，以便計(jì)算修正。

9/5/202528超聲波測(cè)量液位和物位

喇叭形超聲發(fā)生器9/5/202529六、超聲波測(cè)密度

超聲波探頭發(fā)射一束超聲波信號(hào)后，信號(hào)通過(guò)一定濃度的液體后到達(dá)對(duì)面的反射面，之后信號(hào)從反射面返回。測(cè)定超聲波信號(hào)傳輸?shù)目倳r(shí)間，距離除以時(shí)間一半即為超聲波聲速。聲速和濃度之間就存在一定的確定關(guān)系。

可用于酸堿鹽類(lèi)、化工原料和各類(lèi)油品、飲料類(lèi)、各種酒類(lèi)等介質(zhì)的濃度及密度的測(cè)量與監(jiān)測(cè)控制。9/5/202530醫(yī)用超聲骨密度檢測(cè)儀

超聲骨密度檢測(cè)儀為骨質(zhì)疏松病人特別是中年婦女及老年人普查提供了安全無(wú)創(chuàng)、方便可靠的檢查手段。超聲骨密度檢測(cè)是利用超聲波來(lái)測(cè)定足跟（跟骨）的骨質(zhì)狀態(tài)，通過(guò)測(cè)出聲速和聲波隨著頻率變化發(fā)生的衰減形成稱(chēng)為硬度指數(shù)的臨床度量標(biāo)準(zhǔn)。

9/5/202531汽車(chē)倒車(chē)防碰裝置倒車(chē)聲納雷達(dá)示意圖障礙物障礙物9/5/202532汽車(chē)倒車(chē)防碰雷達(dá)倒車(chē)?yán)走_(dá)主機(jī)五彩圓弧倒車(chē)?yán)走_(dá)顯示器距離（0.3m）9/5/202533超聲波為盲人提供服務(wù)一只可愛(ài)的“導(dǎo)盲犬”正在為盲人引路

盲人防撞“導(dǎo)盲犬”9/5/202534

一、無(wú)損探傷基本知識(shí)

1.無(wú)損探傷的概念：無(wú)損探傷是在不損壞工件或原材料工作狀態(tài)的前提下，對(duì)被檢驗(yàn)部件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢查的一種測(cè)試手段。

2.無(wú)損探傷的目的（1）改進(jìn)制造工藝（2）降低制造成本（3）提高產(chǎn)品可靠性（4）保證設(shè)備的安全運(yùn)行路軌斷裂事故9/5/202535單元四超聲波無(wú)損探傷

3.無(wú)損探傷的方法◆磁粉檢測(cè)法磁懸液◆X光照相檢測(cè)法9/5/202536◆電渦流無(wú)損檢測(cè)◆計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)（CT）探傷◆超聲波無(wú)損探傷探傷反射波形裂紋9/5/202537二、超聲波無(wú)損探傷

超聲波無(wú)損探傷是目前應(yīng)用十分廣泛的無(wú)損探傷手段。它既可檢測(cè)材料表面的缺陷，又可檢測(cè)內(nèi)部幾米深的缺陷。

超聲波探傷具有探傷靈敏度高、效率高、靈活方便、對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)，但檢測(cè)缺陷沒(méi)有直觀性，需要檢驗(yàn)人員有豐富的判斷經(jīng)驗(yàn)。9/5/202538超聲波探傷9/5/2025391.超聲探傷分類(lèi)(1)A型超聲探傷探傷結(jié)果以二維坐標(biāo)圖顯示，橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，縱坐標(biāo)為反射波強(qiáng)度。工業(yè)上的無(wú)損檢測(cè)多用A型超聲探傷。

(2)B型超聲探傷與醫(yī)學(xué)上的B超類(lèi)似，探頭的掃描距離為橫坐標(biāo)，探傷深度為縱坐標(biāo)，以屏幕的灰度反映反射波的強(qiáng)度。

(3)C型超聲探傷類(lèi)似于醫(yī)學(xué)上的CT掃描，探頭中的三維晶片陣列使探頭在材料的縱深方向上掃描，可以繪制出材料內(nèi)部缺陷的橫截面圖，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件可以觀察缺陷的多項(xiàng)參數(shù)。9/5/202540

A型超聲探傷采用超聲脈沖反射法?？v波探傷的方法是將探頭放于被測(cè)工件上，并在工件上來(lái)回移動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。如工件中沒(méi)有缺陷，則超聲波傳到工件底部便產(chǎn)生反射，反射波到達(dá)表面后再次向下反射，周而復(fù)始，在熒光屏上出現(xiàn)始脈沖T和一系列底脈沖B1、B2、B3、…

2.A型超聲探傷

調(diào)節(jié)儀器橫坐標(biāo)可以只顯示一次底波，B波的高度與材料對(duì)超聲波的衰減有關(guān)，可以用于判斷試件的材質(zhì)、內(nèi)部晶體粗細(xì)等微觀缺陷，也可以根據(jù)起始波、反射波及底波間的時(shí)間關(guān)系確定工件的厚度及缺陷的大致位置。9/5/202541A型超聲波探傷起始波

缺陷反射波底波工件缺陷結(jié)論：1.缺陷面積大，則缺陷脈沖F脈沖的幅度就高，而B(niǎo)脈沖的幅度就低。2.F脈沖距離T脈沖越近，缺陷距離表面距離就越近。

9/5/202542

設(shè)：顯示器的x軸為10

s/div(格)，現(xiàn)測(cè)得B波與T波的距離為6格，F(xiàn)波與T波的距離為2格。求：1）t

及tF；

2）鋼板的厚度

及缺陷與表面的距離xF。

超聲探傷計(jì)算◆9/5/202543超聲探傷計(jì)算縱波在鋼材中的傳播速度C=5.9km/s1）t

＝10

s×6

＝0.06mstF＝10

s×2＝0.02ms2）鋼板的厚度

＝1/2*Ct

＝0.5×5.9km×0.06ms

＝0.177m缺陷與表面的距離xF＝1/2*CtF

＝0.5×5.9km×0.02ms

＝0.059m9/5/202544◆高速鋼軌探傷車(chē)滑板式探頭

三、超聲波無(wú)損探傷實(shí)例9/5/202545鐵路鋼軌探頭鐵路鋼軌對(duì)接焊縫