超声波传感器案例PPT课件

1、2021-11-181目 录n概述概述n一、超声波物理基础一、超声波物理基础n二、超声波换能器及耦合技术二、超声波换能器及耦合技术 n三、超声波传感器的应用三、超声波传感器的应用n四、超声波无损探伤四、超声波无损探伤 第1页/共109页2021-11-182概述：概述： 声波的分类声波的分类1.1.次声次声波 次声波是频率低于次声波是频率低于20Hz的声波，人耳听不到，的声波，人耳听不到，但可与人体器官发生共振，但可与人体器官发生共振，78Hz的次声波会引起人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。的恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。第2页/共109页2021-11

2、-1832.2.可听声波可听声波(20HZ-20KHZ)(20HZ-20KHZ) 美妙的音乐可使人陶醉。美妙的音乐可使人陶醉。第3页/共109页2021-11-1843.3.超声波超声波20KHZ20KHZ 蝙蝠蝙蝠能发出和能发出和听见超声听见超声波。波。第4页/共109页2021-11-185蝙蝠依靠超声波捕食蝙蝠依靠超声波捕食第5页/共109页2021-11-186 超声波与可听声波不超声波与可听声波不同，它可以被聚焦，具有同，它可以被聚焦，具有能量集中的特点。能量集中的特点。超声波雾化器超声波雾化器超声波加湿器超声波加湿器第6页/共109页2021-11-187 压电陶瓷或磁致伸缩材料在

3、高电压窄脉冲作用下，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。电路及塑料的焊接。 超声波塑料超声波塑料焊接机焊接机第7页/共109页2021-11-188超声波金丝超声波金丝焊接机焊接机第8页/共109页2021-11-189 超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在超声波被聚焦后，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。折射现象，这一现象类似于光波。便携式超声波便携式超声波探鱼器探鱼器第9页/

4、共109页2021-11-1810工作原理： 传感器探头发射超声波信号，遇到水底或鱼群会反射回信号，然后检测反射信号，处理数据，得出水底深度、鱼所在水层。第10页/共109页2021-11-1811岸钓中的横扫描岸钓中的横扫描第11页/共109页2021-11-1812探鱼器在冰钓中的使用探鱼器在冰钓中的使用第12页/共109页2021-11-1813探鱼器在船钓中的使探鱼器在船钓中的使用用第13页/共109页2021-11-1814第14页/共109页2021-11-1815超声波在医学检查超声波在医学检查中的应用中的应用 胎儿的胎儿的 B超影像超影像第15页/共109页2021-11-18

5、16n三维三维B超医学影像工作站超医学影像工作站n三维超声医学影像工作站n是由三维超声图像处理软件、计算机、高速图像采集卡、彩色打印机等组成，在普通B超扫描成像的基础上，形成三维影像并可进行影像存储、回放及形成诊断报告等功能的装置。n三维超声成像能单独显示感兴趣结构的立体形态和内部结构，它可使医师获得更多的组织信息，以作出更全面、更准确的分析。具有很高的临床和研究价值。n三维超声工作站能打印精美的三维图像报告，特别是胎儿的图像，是孩子的第一张照片，有极高的纪念意义，可以是医院经济效益创收的一种手段。第16页/共109页2021-11-1817n三维超声医学影像工作站特点：n1.只需一根视频线进

6、行连接，不影响原有B超的任何功能。n2. 三维成像速度快，三维影像扫描时间为45秒，成像时间小于1秒。n3. 图像清晰，能清晰显示胎儿的体态、五官、脸形、四肢等，便于诊断胎儿畸形。n4.可在三维图像中提取任一剖面、方位、角度进行分析。n5.可方便地去除多余组织图像，突出感兴趣区。n6.可对图像进行放大、缩小、图片反转、角度变换等处。n7. 图像有多达4种颜色变换以供选择。n8.超声专业术语数据库，方便行成诊断报告。n9.可进行资料存档，供您随时调用、分析。n10. 图文一体化的报告。第17页/共109页2021-11-1818第18页/共109页2021-11-1819超声波用于高效清洗超声波

7、用于高效清洗 当弱的声波信号作用于液体中时当弱的声波信号作用于液体中时，会对液体产生一定的，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；小的气泡； 而而当强的声波信号作用于液体时当强的声波信号作用于液体时，则会对液体产生一定的，则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。碎。 经研究证明：超声波作用于液体中时，液体中每个气泡经研究证明：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的

8、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，这种现象被称之为高温和高达上千个大气压的压力，这种现象被称之为“空化空化作用作用”。 超声波清洗超声波清洗正是利用液体中气泡破裂所产生的冲击波来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。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。超声清洗多用于半导体、机械、玻璃、医疗仪器等行业。第19页/共109页2021-11-1820超声波清洗原理及清洗器超声波清洗原理及清洗器超声换能器超声换能器气泡气泡波浪波浪清洗物清洗物第20页/共109页2021-1

9、1-1821一、超声波物理基础一、超声波物理基础 频率高于频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。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，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。在遇到能穿透几米厚的钢板，而能量损失不大。在遇到两种介质的分界面（例如钢板与空气的交界面）两种介质的分界面（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。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。超声波的频率越高，其声场指向性就愈好。第21页/共109页2021-11-1822超声波的波型超声波的波型分类分类 超

10、声波的传播波型主要可分为纵波、横波、表面超声波的传播波型主要可分为纵波、横波、表面波等几种。波等几种。 横波是指震动方向与传播方向相垂直的波横波是质点振动方向与传播方向垂直的机械波。可以这样理解，如果我们手拿平铺在地上的绳子的一端，并上下抖动(振动)绳子，这时形成的波，呈水平方向向前传播。振动方向垂直于地面，而且传播方向水平向前，这就是横波。纵波是指震动方向与传播方向相同的波 纵波是质点的振动方向与传播方向一致的波。如敲锣时，锣的振动方向与波的传播方向就是一致的，声波是纵波。第22页/共109页2021-11-1823纵纵波波第23页/共109页2021-11-1824横波横波 第24页/共1

11、09页2021-11-1825地 震n地震：是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产地震：是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产生地震波的一种自然现象。生地震波的一种自然现象。n地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地面震动（即地震）板块内部产生错动和破裂，是引起地面震动（即地震）的主要原因的主要原因 n据统计，地球上每年约发生据统计，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发多万次地震，即每天要发生上万次地震。生上万次地震。n其中绝大多数太小或太远以至于人们感觉不到；其中绝大多数太小或太远以至于人

12、们感觉不到；n真正能对人类造成严重危害的地震大约有一二十次；真正能对人类造成严重危害的地震大约有一二十次；n能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。 第25页/共109页2021-11-1826第26页/共109页2021-11-1827第27页/共109页2021-11-1828第28页/共109页2021-11-1829第29页/共109页2021-11-1830第30页/共109页2021-11-1831地震：动物的先兆n是否有科学道理？你信吗？第31页/共109页2021-11-1832李善邦研制的中国第一台现代地震仪器，1939年n张衡地动仪n复原

13、模型：50年度n2002-2008第32页/共109页2021-11-1833n古今中外地震死亡人口之最：u大约1201年7月，近东和地中海东部地区的所有城市都遭地震破坏，死人最多, 估算约达110万。u1556年1月23日发生在中国陕西华县的8.0级地震造成的死亡人数比前者确凿一些，广大灾民病死、饿死，数百里山乡断了人烟，估计死亡83万余 第33页/共109页2021-11-1834n世界上第一次成功地预报并取得明显减灾实效的地世界上第一次成功地预报并取得明显减灾实效的地震：震：u1975年年2月月4日，海城地震（中国的地震工作者成功日，海城地震（中国的地震工作者成功地预报，被世界科技界称为

14、地预报，被世界科技界称为“地震科学史上的奇地震科学史上的奇迹迹”）n世界上最大的地震海啸：世界上最大的地震海啸：u1971年年4月月24日发生在日本琉球群岛中的石垣岛日发生在日本琉球群岛中的石垣岛（估计巨大海浪的波峰高达（估计巨大海浪的波峰高达84.7米，排山倒海的巨米，排山倒海的巨浪将重量达浪将重量达850吨的整珊瑚礁抛出吨的整珊瑚礁抛出2.092公里以上。公里以上。u这次海震所击起的海浪，据测它的行进速度为每小这次海震所击起的海浪，据测它的行进速度为每小时时788.557公里公里 第34页/共109页2021-11-1835n世界上有仪器记录的最大地震：世界上有仪器记录的最大地震：u196

15、0年年5月月22日日19时时11分，智利地震（分，智利地震（8.9级，因计算方法不同，也有级，因计算方法不同，也有9.5级的说法）级的说法）40 。n世界最典型的城市世界最典型的城市“直下型地震直下型地震”：u1976年的中国唐山地震和年的中国唐山地震和1995年的日本阪年的日本阪神地震神地震第35页/共109页2021-11-1836表面波表面波所谓所谓压电效应压电效应，即是当晶体受到机械作用时，将产生与压力成正比的电，即是当晶体受到机械作用时，将产生与压力成正比的电场的现象。具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹场的现象。具有压电效应的晶体，在受到电信号的作用时，也会产生弹性

16、形变而发出机械波（声波），即可把电信号转为声信号。由于这种声性形变而发出机械波（声波），即可把电信号转为声信号。由于这种声波只在晶体表面传播，故称为波只在晶体表面传播，故称为声表面波声表面波。声表面波SAW（SurfaceAcousticWave）就是在压电基片材料表面产生和传播、且振幅随深入基片材料的深度增加而迅速减少的弹性波。 一个实心的物体遭受撞击时，可以测出两种波，一种是纵波，一种是表面波，而空心的物体只能测到表面波。“纵波”是一种穿透波，可以穿透物体，由表面的一边经过物体中心传导到另一边。“表面波”如同它的名字一样，只能在极浅的表面传递。但是，放置在月球上的月震仪，经过长时间的记录，

17、都没有记录到纵波，全部都是表面波。根据这个现象，科学家非常惊讶地发现：月球是空心的！ 第36页/共109页2021-11-1837 二、超声波换能器及耦合技术二、超声波换能器及耦合技术 超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主要采用压电式。要采用压电式。 超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、表面波探超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、高温探头、空气传导头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、高

18、温探头、空气传导探头以及其他专用探头等。探头以及其他专用探头等。 第37页/共109页2021-11-1838各种超声波探头各种超声波探头常用频率范围：常用频率范围：0.50.510MHz10MHz，常见晶片直径：常见晶片直径：5 530mm30mm接触式直探头接触式直探头（纵波垂直入射（纵波垂直入射到被检介质）到被检介质） 外壳用金属制外壳用金属制作，保护膜用硬度作，保护膜用硬度很高的耐磨材料制很高的耐磨材料制作，防止压电晶片作，防止压电晶片磨损。磨损。 保护膜保护膜接插件接插件第38页/共109页2021-11-1839接触式接触式 直探头原理直探头原理超声脉冲电压超声脉冲电压输入端输入端

19、 接地端接地端第39页/共109页2021-11-1840接触式斜探头接触式斜探头（横波、瑞利波或兰姆波探头）（横波、瑞利波或兰姆波探头） 压电晶片粘贴在与底面成一定角度（如压电晶片粘贴在与底面成一定角度（如3030 、4545 等）的有机玻璃斜楔块上，当斜楔块与不同材等）的有机玻璃斜楔块上，当斜楔块与不同材料的被测介质（试件）接触时，超声波将产生一料的被测介质（试件）接触时，超声波将产生一定角度的折射，倾斜入射到试件中去，可产生多定角度的折射，倾斜入射到试件中去，可产生多次反射，而传播到较远处去。次反射，而传播到较远处去。底部耐磨材料底部耐磨材料接插件接插件第40页/共109页2021-11

20、-1841各种接触式斜探头各种接触式斜探头常用频率范围：常用频率范围：1 15MHz5MHz第41页/共109页2021-11-1842接触法双晶直探头接触法双晶直探头 将两个单晶探头组合将两个单晶探头组合装配在同一壳体内，其中装配在同一壳体内，其中一片发射超声波，另一片一片发射超声波，另一片接收超声波。两晶片之间接收超声波。两晶片之间用一片吸声性能强、绝缘用一片吸声性能强、绝缘性能好的薄片加以隔离。性能好的薄片加以隔离。双晶探头的结构虽然复杂双晶探头的结构虽然复杂些，但检测精度比单晶直些，但检测精度比单晶直探头高，且超声信号的反探头高，且超声信号的反射和接收的控制电路较单射和接收的控制电路较

21、单晶直探头简单。晶直探头简单。 发射晶片发射晶片接收晶片接收晶片第42页/共109页2021-11-1843各种双晶直探头各种双晶直探头 焦距范围：焦距范围：5 540mm, 40mm, 频率范围：频率范围：2.52.55MHz5MHz，钢中折射角：钢中折射角：4545 7070 第43页/共109页2021-11-1844接触法双晶斜探头（续）接触法双晶斜探头（续）第44页/共109页2021-11-1845 水浸探头水浸探头（可用自来水作为耦合剂）（可用自来水作为耦合剂） 选择声透选择声透镜形状，可决镜形状，可决定聚焦形式为定聚焦形式为点聚焦或线聚点聚焦或线聚焦。焦。第45页/共109页2

22、021-11-1846聚焦探头聚焦探头 由于超声波的波长很短（由于超声波的波长很短（毫米毫米数量级），所以数量级），所以它也类似光波，可以被聚焦成十分细的声束，其直它也类似光波，可以被聚焦成十分细的声束，其直径可小到径可小到1mm左右，可以分辨试件中细小的缺陷，左右，可以分辨试件中细小的缺陷，这种探头称为这种探头称为聚焦探头聚焦探头。 聚焦探头采用曲面晶片来发出聚焦的超声波；聚焦探头采用曲面晶片来发出聚焦的超声波；也可以采用两种不同声速的塑料来制作声透镜；也也可以采用两种不同声速的塑料来制作声透镜；也可以利用类似光学反射镜的原理制作声凹面镜来聚可以利用类似光学反射镜的原理制作声凹面镜来聚焦超声

23、波。焦超声波。 第46页/共109页2021-11-1847超声波探头中的压电陶瓷芯片超声波探头中的压电陶瓷芯片 将将数百伏数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效的超声电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当超声波经应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当超声波经被测物反射回到压电晶片时，利用压电效应，将机械振动波被测物反射回到压电晶片时，利用压电效应，将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。转换成同频率的交变电荷和电压。第47页/共109页2021-11-1848压电陶瓷的主要性能指标压电陶瓷的主要性能指标 1) 介电常数介电常数 ：100

24、06000 2) 压电灵敏度压电灵敏度D33 ：300600pC/N 3) 机械品质因素机械品质因素Q：1002000 4) 居里温度：居里温度：300400 C 5）静电容：）静电容：1000 100000pF（与面积有关）（与面积有关） 6）频率范围：）频率范围： 用于超声清洗：用于超声清洗：30100KHz 用于探伤仪及流量计：用于探伤仪及流量计：2.55MHz 用于雾化器：用于雾化器：12MHz第48页/共109页2021-11-1849耦合剂耦合剂 超声探头与被测物体接触时，探头与被测物超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界体表面间存在一层空

25、气薄层，空气将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大的衰减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉，的衰减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，经常使用一种称为经常使用一种称为耦合剂的液体物质耦合剂的液体物质，使之充满，使之充满在接触层中，起到传递超声波的作用。常用的耦在接触层中，起到传递超声波的作用。常用的耦合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。学浆糊等。 第49页/共109页2021-11-185

26、0空气超声探头空气超声探头 a a） 超声发射器超声发射器 b b）超声接收器）超声接收器 1 1外壳外壳 2 2金属丝网罩金属丝网罩 3 3锥形共振盘锥形共振盘 4 4压电晶片压电晶片 5 5引脚引脚 6 6阻抗匹配器阻抗匹配器 7 7超声波束超声波束 第50页/共109页2021-11-1851空气超声探头（续）空气超声探头（续） 第51页/共109页2021-11-1852空气超声探头外形空气超声探头外形第52页/共109页空气超声探头外形（续）空气超声探头外形（续）第53页/共109页2021-11-1854空气传导超声波电脉冲发生器空气传导超声波电脉冲发生器第54页/共109页202

27、1-11-1855三、超声波传感器的应用三、超声波传感器的应用 当超声发射器与接收器分别置于被测物当超声发射器与接收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、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。金属探伤以及测厚等。 第55页/共109页2021-11-1856超声波传感器应用举例超声波传感器应用举例 第56页/共109页2021-1

28、1-1857超声波传感器应用举例（续）超声波传感器应用举例（续） 第57页/共109页2021-11-1858超声波传感器应用举例（续）超声波传感器应用举例（续）质量检查质量检查紧固件的安装错误检测紧固件的安装错误检测第58页/共109页2021-11-1859叠放叠放高度测量高度测量超声波传感器应用举例（续）超声波传感器应用举例（续）第59页/共109页超声波传感器应用举例（续）超声波传感器应用举例（续）物物件放置错误检测件放置错误检测第60页/共109页超声波传感器应用举例（续）超声波传感器应用举例（续）透明塑料张力控制透明塑料张力控制第61页/共109页2021-11-1862机械手定机

29、械手定位位超声波传感器应用举例（续）超声波传感器应用举例（续）第62页/共109页2021-11-1863纸卷直径检测纸卷直径检测超声波传感器超声波传感器应用举例（续）应用举例（续）第63页/共109页2021-11-1864平整度测量平整度测量超声波传感器应用举例（续）超声波传感器应用举例（续）第64页/共109页2021-11-1865超长距离检测超长距离检测超声波传感器超声波传感器应用举例（续）应用举例（续）第65页/共109页2021-11-1866流水线计数流水线计数超声波传感器超声波传感器应用举例（续）应用举例（续）第66页/共109页2021-11-1867 超声波流量计超声波流

30、量计 F1发射的超声波先到达发射的超声波先到达 T1第67页/共109页2021-11-1868测量流量原理分类测量流量原理分类 时间差法测量流量原理：在被测管道上下时间差法测量流量原理：在被测管道上下游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和接收探头（接收探头（F F1 1，T T1 1）、（）、（F F2 2，T T2 2），其中），其中F F1 1，T T1 1的超声波是顺流传播的，而的超声波是顺流传播的，而F F2 2，T T2 2的超声波是的超声波是逆流传播的。由于这两束超声波在液体中传播逆流传播的。由于这两束超声波在液体中传播速度的不同，测量两

31、接收探头上超声波传播的速度的不同，测量两接收探头上超声波传播的时间差时间差 t t，可得到流体的平均速度及流量。，可得到流体的平均速度及流量。 第68页/共109页2021-11-1869F1发射的超声波到达发射的超声波到达 F2的时间较短的时间较短第69页/共109页 频率差法测量流量原理频率差法测量流量原理： F1、F2 是完全相同的超声探头，安装在管壁外是完全相同的超声探头，安装在管壁外面，通过电子开关的控制，交替地作为超声波发射器面，通过电子开关的控制，交替地作为超声波发射器与接收器用。首先由与接收器用。首先由F1发射出第一个超声脉冲，它通发射出第一个超声脉冲，它通过管壁、流体及另一侧

32、管壁被过管壁、流体及另一侧管壁被F2接收，此信号经放大接收，此信号经放大后再次触发后再次触发F1的驱动电路，使的驱动电路，使F1发射第二个声脉冲发射第二个声脉冲 。紧接着，由紧接着，由F2发射超声脉冲，而发射超声脉冲，而F1作接收器，可以测作接收器，可以测得得F1的脉冲重复频率为的脉冲重复频率为f1。同理可以测得。同理可以测得F2的脉冲重的脉冲重复频率为复频率为f2。顺流发射频率。顺流发射频率f1与逆流发射频率与逆流发射频率f 2的频的频率差率差 f与被测流速与被测流速v成正比成正比 。F2F1第70页/共109页2021-11-1871 发射、接收探头发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧也

33、可以安装在管道的同一侧第71页/共109页2021-11-1872同侧式同侧式超声波流量计的使用超声波流量计的使用 （参考北京菲波仪表有限公司资料）（参考北京菲波仪表有限公司资料）第72页/共109页2021-11-1873超声波流量计现场使用超声波流量计现场使用第73页/共109页2021-11-1874超声波多普勒测量车速超声波多普勒测量车速第74页/共109页2021-11-1875多普勒效应多普勒效应 前进方向的前进方向的频率升高频率升高 如果波源和观察如果波源和观察者之间有相对运动，者之间有相对运动，那么观察者接收到的那么观察者接收到的频频率率和波源的频率就和波源的频率就不相同了，这

34、种现象不相同了，这种现象叫做多普勒效应。测叫做多普勒效应。测出出 f 就可得到运动速就可得到运动速度。度。第75页/共109页2021-11-1876超声波多普勒测量风速超声波多普勒测量风速风 风引起超声波的频率风引起超声波的频率变大或变小变大或变小第76页/共109页2021-11-1877超声波测距超声波测距 空气超声探头发射超声脉冲，到达被测物时，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。测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t t，再乘以空气的声速（，

35、再乘以空气的声速（340m/s340m/s），就是超声脉冲），就是超声脉冲在被测距离所经历的路程，除以在被测距离所经历的路程，除以2 2就得到距离。就得到距离。 第77页/共109页2021-11-1878超声波测厚超声波测厚 双晶直探头中的压电晶片发射超声振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要测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间冲所需的时间t t，再乘以被测体的声速常数，再乘以被测体的声速常数c c，就是超

36、声脉冲在被测件中所经历的来回，就是超声脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除以距离，再除以2 2，就得到厚度，就得到厚度 ： 5-7 21ct第78页/共109页2021-11-1879手持式超声波测厚仪手持式超声波测厚仪第79页/共109页2021-11-1880某超声波测厚仪指标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）（参考北京北方大河仪器仪表有限公司资料） 显示方法显示方法128128* *32 LCD 32 LCD 点阵液晶显示（带背光）点阵液晶显示（带背光） 显示位数：四位显示位数：四位 测量范围：测量范围：0.80.8200mm 200mm 示值精度：示值精度：0

37、.1mm 0.1mm 声速范围：声速范围：1000 1000 9999m/s 9999m/s 测量周期：测量周期：2 2次次/ /秒秒 自动关机时间：自动关机时间：9090秒秒 电源：二节七号（电源：二节七号（AAAAAA）电池，）电池，可连续工作不少于可连续工作不少于7272小时小时 使用温度：使用温度：-10-10C C 40 40C C 存储温度：存储温度：-20-20C C 70 70C C 外形尺寸：外形尺寸：108x61x25mm 108x61x25mm 重量：重量：230g 230g （含电池）（含电池）第80页/共109页2021-11-1881超声波测厚超声波测厚石料测厚石料

38、测厚第81页/共109页2021-11-1882超声波手持式测厚超声波手持式测厚混凝土测厚混凝土测厚木材测厚木材测厚小提琴小提琴 木料测厚木料测厚第82页/共109页2021-11-1883双晶超声波测厚探头双晶超声波测厚探头第83页/共109页2021-11-1884双晶超声波测厚探头（续）双晶超声波测厚探头（续）第84页/共109页2021-11-1885超声波测量液位和物位原理超声波测量液位和物位原理 在液罐上方安装空气传导在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器，根据型超声发射器和接收器，根据超声波的往返时间，就可测得超声波的往返时间，就可测得液体的液面。液体的液面。 第85页/共1

39、09页2021-11-1886超声波液位计原理超声波液位计原理 1 1液面液面 2 2直管直管 3 3空气超声探头空气超声探头 4 4反射小板反射小板 5 5电子开关电子开关 第86页/共109页2021-11-1887超声波测量液位和物位超声波测量液位和物位 喇叭形喇叭形 超声发生器超声发生器第87页/共109页2021-11-1888超声防盗报警器超声防盗报警器 图中的上半部分为发射电路，下面为接图中的上半部分为发射电路，下面为接收电路。发射器发射出频率收电路。发射器发射出频率 f=40kHz40kHz左右的超左右的超声波。如果有人进入信号的有效区域，相对速声波。如果有人进入信号的有效区域

40、，相对速度为度为 v，从人体反射回接收器的超声波将由于，从人体反射回接收器的超声波将由于多普勒效应，而发生频率偏移多普勒效应，而发生频率偏移 f。 第88页/共109页2021-11-1889 四、超声波无损探伤四、超声波无损探伤 一、无损探伤的基本概念一、无损探伤的基本概念 人们在使用各种材料人们在使用各种材料（尤其是金属材料）的长（尤其是金属材料）的长期实践中，观察到大量的期实践中，观察到大量的断裂现象，它曾给人类带断裂现象，它曾给人类带来许多灾难事故，涉及舰来许多灾难事故，涉及舰船、飞机、轴类、压力容船、飞机、轴类、压力容器、宇航器、核设备等。器、宇航器、核设备等。 路轨断裂事故路轨断裂

41、事故第89页/共109页2021-11-1890无损探伤的方法无损探伤的方法 对缺陷的检测手段有破坏性试验和无损对缺陷的检测手段有破坏性试验和无损探伤。由于无损探伤以不损坏被检验对象为探伤。由于无损探伤以不损坏被检验对象为前提，所以得到广泛应用。前提，所以得到广泛应用。 无损检测的方法有磁粉检测法、电涡流无损检测的方法有磁粉检测法、电涡流法、荧光染色渗透法、放射线（法、荧光染色渗透法、放射线（x x光、中子）光、中子）照相检测法、超声波探伤法等。照相检测法、超声波探伤法等。 第90页/共109页2021-11-1891磁粉检测法磁粉检测法磁悬液磁悬液磁粉检测仪磁粉检测仪 将将磁悬液磁悬液喷洒在工件表面，将磁粉检喷洒在工件表面，将磁粉检测头夹持在被测工件上，通以数百安培的测头夹持在被测工件上，通以数百安培的电流，工件中将产生磁场，工件表面的裂电流，工件中将产生磁场，工件表面的裂纹可因磁粉的不均匀分布而显示出来。纹可因磁粉的不均匀分布而显示出来。第91页/共109页2021-11-1892X X光探伤光探伤 将将X X光发生器对准被测位置，将感光片光发生器对准被测位置，将感光片贴在物体背面，人离开后通上高压电，再将贴在物体背面，人离开后通上高压电，再将感光片