第10章超声波传感器

10.1超声波及其物理性质10.2超声波传感器10.3超声波传感器的应用第10章超声波传感器第10章超声波传感器

功率超声：用超声波使物体或物性变化的功率应用。检测超声：用超声波获取若干信息。超声波技术应用：超声探伤、超声清洗、超声焊接、超声监测、超声医疗等。高于20000Hz的机械波，称之为超声波。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。10.1超声波及其物理性质

振动在弹性介质内的传播称为波动，简称波。频率在16~2×104Hz之间，能为人耳所闻的机械波,称为声波；低于16Hz的机械波,称为次声波；高于2×104Hz的机械波,称为超声波。

频率在3×108～3×1011Hz之间的波，称为微波。

一、超声波的波形及其转换声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不同,声波的波型也不同。通常有:①纵波——质点振动方向与波的传播方向一致的波；②横波——质点振动方向垂直于传播方向的波；③表面波——质点的振动介于横波与纵波之间，沿着表面传播，振幅随着深度的增加而迅速衰减的波。横波只能在固体中传播，纵波能在固体、液体和气体中传播,表面波只能在固体表面传播。（10-2）二、超声波的反射和折射

三、超声波的衰减声压和声强的衰减规律Px=P0e-αx（10-7）Ix=I0e-2αx（10-8）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;α——衰减系数,单位为Np/m（奈培/米）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。10.2超声波传感器超声波传感器：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。又称为超声波换能器、探头、探测器。压电式超声波探头分类磁致伸缩式电磁式等

10.3超声波传感器的应用

一、超声波物位传感器

反射式物位传感器透射式→回声测距原理超声波发射换能器发出的超声波脉冲，在介质中传到相界面经过反射后，再返回到接收换能器，这就是回声测距原理。单换能器传感器:发射和接收超声波均使用一个换能器。双换能器传感器:发射和接收各由一个换能器担任。对于单换能器来说,超声波从发射到液面,又从液面反射到换能器的时间为式中:h——换能器距液面的距离;c——超声波在介质中传播的速度。对于双换能器来说,超声波从发射到被接收经过的路程为2s,s=（10-11）液位高度为（10-12）式中:s——超声波反射点到换能器的距离;a——两换能器间距之半。（10-9）（10-10）RL-TD超声波液位计用途：

采用小功率、小盲区收发一体式进口超声波传感器，通过测量时间差的原理，经微处理器进行信号处理精密计算，测得液料距离。主要测量液体液位高低如江河水位、废水液位、罐装液体液位、泥浆等,RL-TD超声波液位计现已广泛应用于污水处理、电厂、化工厂、钢厂、制药厂、酒厂。本产品可用于有轻微防腐要求的环境中，该产品在国内已有近十年的应用史，性能达到国际标准，是降低费用、替代进口产品的理想选择。工业壳体型

LU超声波液位计用途：

美国原装进口产品，非接触式二线制连续测量，超声波液位计适合应用在酸碱罐、油、污水罐测量，最大量程范围达12m，是化工厂(酸咸液均可)、污水处理厂、制药厂及环保部门液位测量的最佳选择。

二、超声波流量传感器1.原理设顺流方向的传输时间为t1，逆流方向的传输时间为t2，流体静止时的超声波传输速度为c，流体流动速度为v，则t1=（10-13）t2=（10-14）超声波传播时间差为Δt=t2-t1=（10-15）由于c＞＞v,从上式可得到流体的流速:v=（10-16）换能器A、B与管道轴线夹角为θ，管径为D，流体流速为v，换能器A发射，B接收时，超声波的传播速度为当B发射而A接收时，超声波传播速度为c——流体静止时的超声波传输速度。消去c，得：

超声波流量传感器的测定方法：时差法、速差法、相差法、频差法、多普勒法、相关法（1）时差法设L为两换能器间的传播距离，当A发射，B接收，顺流传播时间为而B发射，A接收时，逆流传播时间为时差为v＜＜c流体平均流速为

2．特点优点：可以实现非接触测量，对测量管道讲无插入件，没有流体附加阻力，不受介质粘度、导电性及腐蚀性影响，另外，不论哪种方案，均为线性特性，容易实现数字化输出及