超声波传感器演示文稿

超声波传感器演示文稿目前一页\总数四十七页\编于十九点优选超声波传感器ppt目前二页\总数四十七页\编于十九点11.2超声波传感器——超声波探头

、超声波检测的物理基础

声波——机械振动在弹性介质中的传播。第十一章红外和辐射式传感器1）次声波

次声波是频率低于20赫兹的声波，人耳听不到，但可与人体器官发生共振，7~8Hz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。目前三页\总数四十七页\编于十九点超声波检测的物理基础2）可闻声波：20～20000Hz美妙的音乐使人陶醉

目前四页\总数四十七页\编于十九点3）超声波：频率大于20000Hz蝙蝠依靠超声波捕食超声波检测的物理基础目前五页\总数四十七页\编于十九点

频率高于20kHz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，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）时，能产生明显的反射和折射现象。(频率为40kHz的超声波在空气中传播效率最佳)超声波检测的物理基础目前六页\总数四十七页\编于十九点、超声波产生/接收技术：超声波换能器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，在本课程中主要介绍压电式。第十一章超声波传感器以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波——使用超声探头(超声换能器)。目前七页\总数四十七页\编于十九点超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波(逆压电效应)，也可以接收超声波(正压电效应)。

11.2.2超声波产生/接收技术目前八页\总数四十七页\编于十九点接触式直探头产生超声波原理11.2.2超声波产生/接收技术目前九页\总数四十七页\编于十九点超声波探头中的压电陶瓷晶片

将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。当超声波经被测物反射回到压电晶片时，利用正压电效应，将机械振动波转换成同频率的交变电荷或电压。11.2.2超声波产生/接收技术目前十页\总数四十七页\编于十九点基于微处理器的超声波发射电路原理11.2.2超声波产生/接收技术目前十一页\总数四十七页\编于十九点11.2.2超声波产生/接收技术典型的超声波接收电路：用CX20106A集成电路对接收探头受到的信号进行放大、带通滤波（只对40kHz的信号敏感）。该电路通常用于超声波测距。目前十二页\总数四十七页\编于十九点11.2.2超声波产生/接收技术

1脚：超声信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。

2脚：该脚与地之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。

3脚：该脚与地之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μf。

5脚：该脚与电源间接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200kΩ时，f0≈42kHz，若取R=220kΩ，则中心频率f0≈38kHz。

6脚：该脚与地之间接一个积分电容，标准值为330pF，如果该电容取得太大，会使探测距离变短。

当CX20106A接收到40KHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入目前十三页\总数四十七页\编于十九点各种超声波探头常见晶片直径：5~30mm接触式直探头（超声波垂直入射到被检介质）外壳用金属制作，保护膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止压电晶片磨损。

保护膜接插件11.2.2超声波产生/接收技术目前十四页\总数四十七页\编于十九点接触式斜探头（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30、45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。底部耐磨材料接插件11.2.2超声波产生/接收技术目前十五页\总数四十七页\编于十九点各种接触式斜探头常用频率范围：1~5MHz11.2.2超声波产生/接收技术目前十六页\总数四十七页\编于十九点双晶直探头将两个单晶探头组合装配在同一壳体内，其中一片发射超声波，另一片接收超声波。两晶片之间用一片吸声性能强、绝缘性能好的薄片加以隔离。双晶探头的结构虽然复杂些，但检测精度比单晶直探头高，且超声信号的发射和接收的控制电路较单晶直探头简单。发射晶片接收晶片11.2.2超声波产生/接收技术目前十七页\总数四十七页\编于十九点各种双晶直探头11.2.2超声波产生/接收技术目前十八页\总数四十七页\编于十九点耦合剂

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，使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，经常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满在接触层中，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、化学浆糊等。11.2.2超声波产生/接收技术目前十九页\总数四十七页\编于十九点空气超声探头11.2.2超声波产生/接收技术目前二十页\总数四十七页\编于十九点空气超声探头11.2.2超声波产生/接收技术目前二十一页\总数四十七页\编于十九点、超声波的基本特性：1)超声波具有反射和折射特性2)超声波的衰减——与介质对超声波的散射、吸收等性质有关。超声波在气体中衰减大，在液体、固体中衰减很小。

第十一章超声波传感器目前二十二页\总数四十七页\编于十九点

3)超声波与可闻声波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特点。11.2.3超声波的物理特性

超声波雾化器

超声波加湿器目前二十三页\总数四十七页\编于十九点

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，能用于集成电路及塑料的焊接。

超声波塑料焊接机11.2.3超声波的物理特性目前二十四页\总数四十七页\编于十九点

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折射现象，这一现象类似于光波。便携式超声波探鱼器11.2.3超声波的物理特性目前二十五页\总数四十七页\编于十九点、超声波传感器的应用

第十一章超声波传感器超声波测量液位和物位

(1)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。目前二十六页\总数四十七页\编于十九点

(2)液介质自发自收测量方式，声波在液体中进行传播。11.2.4超声波传感器的应用目前二十七页\总数四十七页\编于十九点超声波探伤

利用超声波的物理特性——强度、吸收、传播时间、衰减等与缺陷的关系，检测材料的分层、气孔、裂缝以及焊接结构的裂纹、气孔等。超声波探伤的方法很多——脉冲反射法、穿透法和共振法。

超声波对金属内部进行探伤（脉冲反射法）

11.2.4超声波传感器的应用目前二十八页\总数四十七页\编于十九点超声波探伤超声波探伤是目前应用十分广泛的无损探伤手段。它既可检测材料表面的缺陷，又可检测内部几米深的缺陷，这是x光探伤所达不到的深度。A型超声探伤反射波形裂纹11.2.4超声波传感器的应用目前二十九页\总数四十七页\编于十九点超声波探伤仪钢板、钢管等金属全自动探伤系统

11.2.4超声波传感器的应用目前三十页\总数四十七页\编于十九点管道环焊缝

超声波检测装置

管道环焊缝超声波检测装置原理11.2.4超声波传感器的应用目前三十一页\总数四十七页\编于十九点构件的超声探伤11.2.4超声波传感器的应用目前三十二页\总数四十七页\编于十九点超声波测距超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离，即：s=340t/2

11.2.4超声波传感器的应用目前三十三页\总数四十七页\编于十九点超声波测距11.2.4超声波传感器的应用目前三十四页\总数四十七页\编于十九点超声波测厚

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：11.2.4超声波传感器的应用目前三十五页\总数四十七页\编于十九点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*32LCD点阵液晶显示（带背光）

显示位数：四位

测量范围：0.8~200mm

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：-10°C~40°C

存储温度：-20°C~70°C

外形尺寸：108x61x25mm

重量：230g（含电池）11.2.4超声波传感器的应用目前三十六页\总数四十七页\编于十九点超声波手持式测厚混凝土测厚木材测厚小提琴木料测厚11.2.4超声波传感器的应用目前三十七页\总数四十七页\编于十九点11.2.4超声波传感器的应用B型超声波诊断仪B超一种辉度调制(BrightnessModulation)式诊断仪。B型成像方式所得到的是与声束传播方向垂直的物体断面的图像，声束沿z方向传播，沿x方向扫描，逐次照射物体的不同区域，并接收声B超的电子扇形扫描手动移动扫描位置束所达区域内物体的散射声信号，将声信号幅度调制成荧光屏上相应位置的光点亮度,从而获得声束扫描断面内与声散射信号幅度对应的图像。扫描方式主要有线扫描和扇形扫描两种。目前三十八页\总数四十七页\编于十九点11.2.4超声波传感器的应用

B超所使用的换能器多为线阵聚焦/扫描型，典型阵元数为256，外形如作下图所示。

B超换能器外形图肾脏的B超图像右下图是肾脏的B超图像目前三十九页\总数四十七页\编于十九点超声波传感器应用举例质量检查紧固件的安装错误检测11.2.4超声波传感器的应用目前四十页\总数四十七页\编于十九点超声波传感器应用举例物件放置错误检测11.2.4超声波传感器的应用目前四十一页\总数四十七页\编于十九点纸卷直径检测超声波传感器

应用举例11.2.4超声波传感器的应用目前四十二页\总数四十七页\编于十九点流水线计数超声波传感器

应用举例11.2.4超声波传感器的应用目前四十三页\总数四十七页\编于十九点超长距离检测超声波传感器

应用举例11.2.4超声波传感器的应用目前四十四页\总数四十七页\编于十九点超声防盗报警器

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。11.2.4超声波传感器的应用目前四十五页\总数四十七页\编于十九点超声波用于高效清洗当弱的声波信号作用于液体中时，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，形成许多微小的气泡；而当强的声波信号作用于液体时，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