第10章超声波传感器要点分析.pptVIP

10.1 红外传感器 1 红外辐射 红外辐射本质上是一种热辐射。任何物体，只要它的温度高于绝对零度（－273℃），就会向外部空间以红外线的方式辐射能量，一个物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射这种形式来实现的。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。另一方面，红外线被物体吸收后可以转化成热能。 红外线作为电磁波的一种形式，是以波的形式在空间直线传播的，具有电磁波的一般特性。红外线在真空中传播的速度等于波的频率与波长的乘积 。 10.1.2 红外传感器的应用 声波的分类1.次声波 2.可闻声波 3.超声波 蝙蝠依靠超声波捕食 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。 超声波传感器应用举例（续） 反射：α＝α′ 折射：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与在第二介质中的波速c2之比，即 10.1.3 超声波的衰减 声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减。声压和声强的衰减规律为 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/cm（奈培/厘米）。 α是频率的函数 电平取自然对数时的单位。常用n表示。常用于电信网络，作为放大或衰减的单位。 10.2 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可称为超声波换能器、探测器或传感器。 超声波探头的分类： 按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等。 （1）压电式超声波发生器 ----利用压电晶体的电致伸缩现象制成 超声频电信号 换 能 器 压电材料的固有频率与压电材料晶体切片的厚度 有关 n为谐波级数，取1，2，3，……； 压电式超声波发送传感器可以产生几十kHz到几十MHz的超声波。 c为超声波在压电材料里的传播速度，与压电材料的密度有关。 (2)磁致伸缩超声波发生器 -----利用某些铁磁材料的磁致伸缩现象制成 磁致伸缩超声波发生器产生的频率只能在几万Hz以内，但声强可达几千W/cm2。它与压电式的发送器比较，所产生的超声波的频率较低，而强度则大许多。 镍、铁钴钒合金等 T/R40-16超声波传感器 当40KH的脉冲电信号输入后，由压电陶瓷激励器和谐振片转换成机械振动，经锥形辐射器将信号向外发射。 传感器外形 1.超声波探伤 主要用于检测板材、锻件和焊接缝等材料中缺陷，也可以测量材料的厚度。 穿透法探伤 当工件内部有缺陷时，在缺陷处能量被反射，到达接收探头的能量损失了一部分。 10.3 超声波传感器应用 反射法探伤 当工件内部无缺陷时，超声波传到工件底面再反射回来； 当工件内部有缺陷时，超声波传到缺陷就反射回来； 不同缺陷会造成不同的接收波幅度和周期。 2.超声波测厚度 只要测量出超声波脉冲通过工件的时间t,经过信号处理电路就可以直接读出工件的厚度。 。 厚度计算: 手持式超声波测厚仪 超声波手持式测厚 混凝土测厚 木材测厚 小提琴 木料测厚 3.超声波物位传感器 超声波物位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。如果从发射超声脉冲开始，到接收换能器接收到反射波为止的这个时间间隔为已知，就可以求出分界面的位置，利用这种方法可以对物位进行测量。 传感器分类：单换能器和双换能器。 单换能器的传感器发射和接收超声波使用同一个换能器。 传感器发射和接收各由一个换能器担任。 超声波发射和接收换能器可设置在液体介质中，让超声波在液体介质中传播。 由于超声波在液体中衰减比较小， 所以即使发射的超声脉冲幅度较小也可以传播。 超声波发射和接收换能器也可以安装在液面的上方，让超声波在空气中传播。这种方式便于安装和维修， 但超声波在空气中的衰减比较厉害。 衰减小 衰减大 (b) 超声波在空气中传播 (a) 超声波在液体中传播 对于单换能器来说， 超声波从