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1、一、 超声波的基本特性 二、 超声波传感器 三、 超声波传感器应用,第十章 辐射式传感器,第一节 红外辐射传感器,第二节 超声波传感器,第三节 核辐射传感器,质量检查,紧固件的安装错误检测,叠放高度测量,物件放置错误检测,透明塑料张力控制,机械手定位,纸卷直径检测,平整度测量,超长距离检测,流水线计数,超声波的频率界限图,一、超声波的基本特性,第二节 超声波传感器,1. 超声波的传播速度,超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是由与介质相接触的振荡源所引起的。,超声波与其它声波一样紫微课堂超声波传感器，其传播速度与介质密度和弹性特性有关。,在固体中,超声波的反射和折射示意图,2.超声波的物理性质,(1) 超声波的

2、反射和折射,当超声波垂直入射界面，即=0时，则,声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸收等因素有关。其声压和声强的衰减规律为,式中：Px、Ix距声源x处的声压和声强； x声波与声源间的距离； 衰减系数紫微课堂超声波传感器，单位为Np/cm（奈培/厘米）。,(2) 超声波的衰减,二、超声波传感器,超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中以压电式最为常用。 压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷。,利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置可称为超声波换能器、探测器或传感器。,图10-8压电式超声波传感器结构,当超声发射器与接收

3、器分别置于被测物两侧时，这种类型称为透射型。透射型可用于遥控器、防盗报警器、接近开关等。超声发射器与接收器置于同侧的属于反射型，反射型可用于接近开关、测距、测液位或物位、金属探伤以及测厚等。,三、 超声波传感器应用,超声波测流量原理图,1.超声波流量传感器,F1发射的超声波到达 F2的时间较短,超声波传感器安装位置示意图,此时超声波的传输时间将由下式确定：,F1发射的超声波先到达 T1,发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧,同侧式超声波流量计的使用,（参考北京菲波仪表有限公司资料）,超声波流量计现场使用,几种超声物位传感器的结构原理示意图 (a) 超声波在液体中传播； (b) 超声波在空气中

4、传播,2.超声波物位传感器,只要测得超声波脉冲从发射到接收的时间间隔，便可以求得待测的物位。,超声波测量液位和物位原理,在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器，根据超声波的往返时间，就可测得液体的液面。,超声波测量液位和物位,喇叭形 超声发生器,3.超声波多普勒测量车速,多普勒效应,前进方向的频率升高,如果波源和观察者之间有相对运动，那么观察者接收到的频率和波源的频率就不相同了，这种现象叫做多普勒效应。测出f 就可得到运动速度。,超声波多普勒测量风速,风,风引起超声波的频率变大或变小,超声波测距,空气超声探头发射超声脉冲，到达被测物时，被反射回来，并被另一只空气超声探头所接收。测出从发射超

5、声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以空气的声速（340m/s），就是超声脉冲在被测距离所经历的路程，除以2就得到距离。,4. 超声波测厚,双晶直探头中的压电晶片发射超声振动脉冲，超声脉冲到达试件底面时，被反射回来，并被另一只压电晶片所接收。只要测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以被测体的声速常数c，就是超声脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除以2，就得到厚度 ：,手持式超声波测厚仪,某超声波测厚仪指标 （参考北京北方大河仪器仪表有限公司资料）,显示方法128*32 LCD 点阵液晶显示（带背光） 显示位数：四位 测量范围：0. 示值精度：0.1mm 声速范围：1000 9999m/s 测量周期：2次/秒 自动关机时间：90秒 电源：二节七号（AAA）电池，可连续工作不少于72小时 使用温度：-10C 40C 存储温度：-20C 70C 外形尺寸： 重量：230g （含电池）,超声波测厚,石料测厚,超声波手持式测厚,混凝土测厚,木材测厚,小提琴 木料测厚,双晶超声波测厚探头,双晶超声波测厚探头（续）,5.超声防盗报警器,图中的上半部分为发射电路，下面为接收电路。发射器发射出频率 f=40kHz左右的超声波。如果有人进入信号的有效区域，相对速度为 v，从人体反射回接收器的超声波将由于多普勒效应，而发生频率偏移f。,