超声波微波传感器

1、四、超声波传感器 超声波是机械波的一种，它是一种在弹性介质中的机械振荡，是由与介质相接触的振荡所引起的。通常把机械振动在介质中的传播过程称为机械波或波动，也称为弹性波或声波。 （一） 超声波的传播速度 1、超声波及其波型（1）纵波 质点振动方向与波的传播方向一致的波；纵波能在固体、液体、气体中传播。（2）横波 质点振动方向垂直于传播方向的波；横波只能在固体中传播。（3）表面波 质点的振动介于纵波与横波之间沿着表面传播的波表面波只能在固体表面传播 （4）兰姆波 兰姆波只产生在大约一个波长的薄板内，在板的两表面和中部都有质点的振动，声场遍及整个板的厚度。兰姆波沿着板的两表面及中部传播， 12、超声

2、波的传播速度（1）气体和液体中的声速。由于气体和液体中剪切模量为零，因而在气体和液体中没有横波，只能传播纵波液体的纵波声速C为气体的纵波声速C为（2）、固体中的声速。在固体中，其传播速度分为三种情况：纵波声速；在固体中，当固体是细棒时，声速为 当固体是薄板时，声速为如果是无限介质，则声速为横波声速；对于无限介质的固体，其横波声速为表面波声速2（二） 超声波 的物理性质 1、超声波的反射和折射当声波从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界面上，一部分能量反射回原介质，称为反射波；另一部分能量透射过界面，在另一个介质内部继续传播，称为折射波。如图1214所示（1）反射定律 入射角与反射角，的正

3、弦之比等于入射波与反射波的速度之比（2）折射定律 入射角的正弦与折射角的正弦之比等于介质1中入射波的波速C1与介质2中折射波的波速C2之比。 3 2、超声波的衰减 在平面波的情况下，距离声源X处的声压PX和声强IX的衰减规律如下： PX=P0e-x IX=I0e-2x 3、超声波的波型转换 当超声波以某一角度入矩到第二介质（固体）界面时，除有纵波的反射波、折射波以外，还有横波的反射和折射，如图1215所示。在一定条件下，还能产生表面波。它们符合几何光学中的反射定律。4（三） 超声波传感器超声波传感器是实现声电转换的装置，又称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器分为发射换能器和接收换能器，其

4、中发射换能器作用是把其它形式的能量转换成超声波的能量；接收换能器的作用是把超声波的能量转换成易于检测的电能量。超声波探头按其结构可分为直探头、斜探头、双探头和液浸探头。 超声波传感器按工作原理又可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等 图1216为压电式探头 ；图1217为磁致伸缩探头。5（四） 超声波检测技术的应用 2、超声波测液位图示1219所示为脉冲回波式 测量液位的工作原理图。图1220所示为超声波定点式液位计， 1、超声波测厚仪利用超声波检测厚度的方法有共振法、干涉法、脉冲回波法等。图1218为脉冲回波法检测厚度的原理图。 63、超声波探伤图1221所示为用透射法检测金属材料内部缺陷。图1

5、222所示的方法对板材进行检测，图1223所示为脉冲回波式探伤仪原理图。74、超声波测温（1）脉冲传播时间测量法。如图1224所示。 （2）脉冲回呜法如图1225所示。（3）相位比较测量法 图1226为相位比较法测量原理图。 8 5、声纳声纳（Sonar）是一种水声学仪器。它的声音发射器发出的声波或超声波在水中的传播，当遇到 障碍物时发生反射，经声音接收器接收，通过信号处理能测知障碍物的位置和距离。 6、超声波测流量（流速）超声波在静止和流动的液体中的传播速度是不同的，进而形成传播时间和相位上的变化，由此可求得液体的流速和流量。图1228所示为超声波测流体流量的工作原理图。 96、超声波测流量

6、（流速） 有以下几种方法 ：（1）时差法测流速（2）相位差法测流速（3）频率差法测流速 7、油井超声波成像测试超声电视测井系统是利用一个旋转的超声探头向井壁发射超声脉冲，检测回波的强弱进行调制成像。整个系统包括现场测试设备和室内图像处理设备两大部分。现场测试设备的原理框图如图1229所示。108、超声波诊断仪（1）振幅（Amplitude）型超声波诊断仪振幅型超声波诊断仪即A超，其原理如图1230所示，（2）超声波心动图仪。又称为M型超声诊断仪或超声波心动图仪。如图1231所示， （3）B型超声波诊断仪。B超接收两种信号：一为超声回波的强度信息，二是超声探头的位置信息。 超声诊断描述的主要性能

7、参数：分辨力 ；穿透深度 ；工作频率 ；帧频 11五、 微波传感器 （一） 微波的基础知识微波对于波长较长的电磁波具有下列特点：（1）空间辐射装置容易制造；（2）遇到各种障碍物易于反射；（3）绕射能力差；（4）传输特性良好，传输过程中受烟、灰尘、强光等影响小；（5）介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收作用最强。常用的天线有喇叭形天线、抛物面天线、介质天线与隙缝天线等，如图1233所示。12（二） 微波传感器 微波传感器可分为反射式与遮断式两种。1、反射式传感器 ；2、遮断式传感器 微波传感器具有如下优点：（1）测量具有非接触性，可以进行活体检测，大部分测量不需要取样。（2）快

8、速，灵敏度高，捕捉信息快，可以进行动态检测和适时处理，进而实现自动控制。（3）能够在高温、高压、有毒、放射性以及恶劣天气等恶劣环境下检测。（4）输出信号不需要变换，便于与计算机接口。（5）输出信号可以方便地调制在载波信号上进行无线发射与接收，从而实现遥测与遥控。微波传感器由微波源MS、转换器T和接收器R组成，如图1234所示。 13（三） 微波传感器的应用1、微波测厚仪图1235为微波测厚仪原理图。该测厚仪利用微波在传播过程中遇到金属表面会被反射，且反射波的波长和速度都不变的特性进行测量。 2、微波湿度（水分）传感器图1236示出了一台测量酒精含水量的仪器方框图， 143、微波液位计图1237为微波液位计示意图。 4、微波式物位计微波开关式物位计示意图如图1238所示。 5、微波多普勒传感器利用多普勒效应可以