智能传感与检测技术 课件 第8章波式传感器

机械工业出版社CHINAMACHINEPRESS波式传感器第8章智能传感与检测技术徐小华主编

ISBN978-7-111-76072-6波式传感器8智能传感与检测技术超声波传感器8.1多普勒传感器8.25.3波式传感器8

振动在弹性介质内的传播称为波动，简称波。频率在16~20KHz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20KHz的机械波，称为超声波。当超声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质中传播速度不同，在介质面上会产生反射、折射和波形转换等现象。智能传感与检测技术8.1超声波传感器波式传感器8①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，沿着表面传播的波。智能传感与检测技术8.1超声波传感器8.1.1超声波的物理性质1.超声波的波形及其转换2.超声波的反射和折射

当波在界面上产生反射时，入射角α的正弦与反射角α′的正弦之比等于波速之比。当波在界面处产生折射时，入射角α的正弦与折射角β的正弦之比，等于入射波在第一介质中的波速C1与折射波在第二介质中的波速C2之比。波式传感器8智能传感与检测技术8.1超声波传感器8.1.1超声波的物理性质3.超声波的透射率和反射率

超声波从一种截至垂直入射到另一种介质时，透射声压与入射声压之比称为透射率。反射声压与入射声压之比称为反射率。

超声波的透射率和反射率的大小取决于两种介质的密度。当从密度小介质入射到密度大的介质时，透射率较大，反射率也大。反之，透射率和反射率较小。波式传感器8智能传感与检测技术8.1超声波传感器8.1.1超声波的物理性质4.超声波的衰减波式传感器8

超声波探头结构如图8-4所示，主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜组成。压电晶片多为圆板形，厚度为δ。超声波频率f与其厚度δ成反比。压电晶片的两面镀有银层，作导电的极板。阻尼块的作用是降低晶片的机械品质，吸收声能量。如果没有阻尼块，当激励的电脉冲信号停止时，晶片将会继续振荡，加长超声波的脉冲宽度，使分辨率变差。智能传感与检测技术8.1超声波传感器8.1.2超声波探头波式传感器8

时间差法测量流量的原理：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接收探头（F1,T1)、（F2,T2），其中F1发射到T1的超声波是顺流传播的。而F2发射到T2的超声波是逆流传播的。由于这两束超声波在液体中传播速度的不同，测量两接收探头上超声波传播的时间差，从而可以求出流体的平均速度，再根据管道流体的截面积，便可知道流体的流量。智能传感与检测技术8.1超声波传感器8.1.3超声波传感器应用实例1.超声波流体流量测量波式传感器8

超声波无损探伤有穿透法探伤和反射法探伤两种方法。穿透法探伤根据超声波穿透工件后能量的变化情况来判断工件内部质量，其工作原理如图8-6所示。反射法探伤根据超声波在工件中反射情况的不同来探测工件内部是否有缺陷，它又分为一次脉冲反射法探伤和多次脉冲反射法探伤两种。智能传感与检测技术8.1超声波传感器8.1.3超声波传感器应用实例2.超声波无损探伤波式传感器8

超声波传感器在汽车中主要用于倒车提醒，使得驾驶员可以安全地倒车。其原理是，利用超声波探测倒车路径上或附近存在的任何障碍物，并及时发出提示。超声波测距虽然目前在测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。超声波传感器在倒车中的应用如图8-7所示。智能传感与检测技术8.1超声波传感器8.1.3超声波传感器应用实例3.超声波传感器在汽车中的应用波式传感器8

生活中有这样一个有趣的现象：当一辆救护车迎面驶来的时候，听到声音比原来高；而车离去的时候声音的音高比原来低。你可能没有意识到，这个现象和医院使用的彩超同属于一个原理，那就是“多普勒效应”。多普勒效应Dopplereffect是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒（ChristianJohannDoppler）而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。主要内容为物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blueshift）；在运动的波源后面时，会产生相反的