1、一、 超聲波的基本特性 二、 超聲波傳感器 三、 超聲波傳感器應(yīng)用,第十章 輻射式傳感器,第一節(jié) 紅外輻射傳感器,第二節(jié) 超聲波傳感器,第三節(jié) 核輻射傳感器,質(zhì)量檢查,緊固件的安裝錯誤檢測,疊放高度測量,物件放置錯誤檢測,透明塑料張力控制,機(jī)械手定位,紙卷直徑檢測,平整度測量,超長距離檢測,流水線計數(shù),超聲波的頻率界限圖,一、超聲波的基本特性,第二節(jié) 超聲波傳感器,1. 超聲波的傳播速度,超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，它是由與介質(zhì)相接觸的振蕩源所引起的。,超聲波與其它聲波一樣，其傳播速度與介質(zhì)密度和彈性特性有關(guān)。,在固體中,超聲波的反射和折射示意圖,2.超聲波的物理性質(zhì),(1) 超聲波的

2、反射和折射,當(dāng)超聲波垂直入射界面，即=0時，則,聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，其衰減的程度與聲波的擴(kuò)散、散射及吸收等因素有關(guān)。其聲壓和聲強(qiáng)的衰減規(guī)律為,式中：Px、Ix距聲源x處的聲壓和聲強(qiáng)； x聲波與聲源間的距離； 衰減系數(shù)，單位為Np/cm（奈培/厘米）。,(2) 超聲波的衰減,二、超聲波傳感器,超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，其中以壓電式最為常用。 壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷。,利用超聲波在超聲場中的物理特性和各種效應(yīng)而研制的裝置可稱為超聲波換能器、探測器或傳感器。,圖10-8壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu),當(dāng)超聲發(fā)射器與接收

3、器分別置于被測物兩側(cè)時，這種類型稱為透射型。透射型可用于遙控器、防盜報警器、接近開關(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關(guān)、測距、測液位或物位、金屬探傷以及測厚等。,三、 超聲波傳感器應(yīng)用,超聲波測流量原理圖,1.超聲波流量傳感器,F1發(fā)射的超聲波到達(dá) F2的時間較短,超聲波傳感器安裝位置示意圖,此時超聲波的傳輸時間將由下式確定：,F1發(fā)射的超聲波先到達(dá) T1,發(fā)射、接收探頭也可以安裝在管道的同一側(cè),同側(cè)式超聲波流量計的使用,（參考北京菲波儀表有限公司資料）,超聲波流量計現(xiàn)場使用,幾種超聲物位傳感器的結(jié)構(gòu)原理示意圖 (a) 超聲波在液體中傳播； (b) 超聲波在空氣中

4、傳播,2.超聲波物位傳感器,只要測得超聲波脈沖從發(fā)射到接收的時間間隔，便可以求得待測的物位。,超聲波測量液位和物位原理,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)超聲波的往返時間，就可測得液體的液面。,超聲波測量液位和物位,喇叭形 超聲發(fā)生器,3.超聲波多普勒測量車速,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運(yùn)動，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)。測出f 就可得到運(yùn)動速度。,超聲波多普勒測量風(fēng)速,風(fēng),風(fēng)引起超聲波的頻率變大或變小,超聲波測距,空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測物時，被反射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測出從發(fā)射超

5、聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間t，再乘以空氣的聲速（340m/s），就是超聲脈沖在被測距離所經(jīng)歷的路程，除以2就得到距離。,4. 超聲波測厚,雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動脈沖，超聲脈沖到達(dá)試件底面時，被反射回來，并被另一只壓電晶片所接收。只要測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間t，再乘以被測體的聲速常數(shù)c，就是超聲脈沖在被測件中所經(jīng)歷的來回距離，再除以2，就得到厚度 ：,手持式超聲波測厚儀,某超聲波測厚儀指標(biāo) （參考北京北方大河儀器儀表有限公司資料）,顯示方法128*32 LCD 點(diǎn)陣液晶顯示（帶背光） 顯示位數(shù)：四位 測量范圍：0.8200mm 示值精度：0.1mm 聲速范圍：1000 9999m/s 測量周期：2次/秒 自動關(guān)機(jī)時間：90秒 電源：二節(jié)七號（AAA）電池，可連續(xù)工作不少于72小時 使用溫度：-10C 40C 存儲溫度：-20C 70C 外形尺寸：108x61x25mm 重量：230g （含電池）,超聲波測厚,石料測厚,超聲波手持式測厚,混凝土測厚,木材測厚,小提琴 木料測厚,雙晶超聲波測厚探頭,雙晶超聲波測厚探頭（續(xù)）,5.超聲防盜報警器,圖中的上半部分為發(fā)