第7章 压电与超声波.ppt

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。 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。 超声波金丝焊接机 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，类似于光波。 超声波在医学检查中的应用 胎儿的 B超影像 超声波清洗器 超声换能器 超声波物理基础 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，超声波的频率越高，其声场指向性就愈好。 声波为一种机械波，人耳听到的频率在16Hz～20kHz； 频率低于16Hz的机械波称为次声波； 频率高于20kHz的机械波称为超声波； 频率在300MHz ～ 300GHz之间的波称为微波； 频率超过20kHz的声音为超声波，是人耳无法听到的。 声波频率界限 7.5.1 超声波及物理特性 第7章 压电元件与超声波传感器 传感与检测技术 次声波是频率低于16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。 第7章 压电元件与超声波传感器 传感与检测技术 　 美妙的音乐可使人陶醉。 第7章 压电元件与超声波传感器 传感与检测技术 蝙蝠能发出和听见超声波。 第7章 压电元件与超声波传感器 传感与检测技术 第7章 压电元件与超声波传感器 传感与检测技术 　超声波雾化器 　超声波加湿器 第7章 压电元件与超声波传感器 传感与检测技术 　超声波塑料焊接机 便携式超声波探鱼器 气泡 波浪 清洗物 当超声波从一种介质入射到另一种介质时，在界面上会产生反射、折射和波形转换； 7.5.1 超声波及物理特性 第7章 压电元件与超声波传感器 超声波的反射和折射 超声波传感器是通过超声波的产生 → 传播 → 接收 等物理过程完成。主要功能是产生、接收超声波信号。 机械波、电磁波、物质波 波动的种类 能传播机械振动的媒质（空气，水，钢铁等） 介质 作机械振动的物体（声带，乐器等） 波源 传感与检测技术 超声波以直线传播方式，频率越高绕射越弱，但反射越强，利用这种性质可以制成超声波测距传感器； 超声波在液体、固体中衰减很小，穿透能力强，特别是不透光的固体能穿透几十米，利用这种性质可以制成超声波探伤传感器。 7.5.1 超声波及物理特性 第7章 压电元件与超声波传感器 （ （ 几种常用介质的折射率 媒质 折射率 空气 1.00029 水 1.333 普通玻璃 1.468 冕牌玻璃 1.516 火石玻璃 1.603 重火石玻璃 1.755 传感与检测技术 7.5.1 超声波及物理特性 第7章 压电元件与超声波传感器 在固体中，纵波、横波及其表面波三者的声速有一定的关系，纵波快，横波慢，通常可认为横波声速为纵波的一半，表面波声速为横波声速的90%。 纵波 横波 传感与检测技术 7.5.1 超声波及物理特性 第7章 压电元件与超声波传感器 超声波在空气中传播速度较慢，为344m/s（20℃时）速度低、波长短，意味着可获得较高的距离、方向分辨率。（电磁波的传播速度为3×108m/s）， 这一特点使得超声波应用变得非常简单，测量时可获得较高的精确度，可以通过测量波的传播时间，测量距离、厚度等。 波在媒质中传播的速度决定于媒质的弹性（弹性模量）和惯性（密度），传播速度与介质密度有关: 传感与检测技术 7.5.1 超声波及物理特性 第7章 压电元件与超声波传感器 钢铁中 在水中 例如，声波在空气中速度 金属、木材、玻璃、混凝土、橡胶和纸张可近乎反射100% 的超声速，因此检测这些物体时较容易发现。 而棉花、布、绒毛等物体吸收超声波，因此很难用超声波检测。 液体中声速传播速度在900～1900m/s，在液体和气体中只有纵波的传播。 传感与检测技术 声波在介质中传播时随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，衰减规律用两个能量描述： 声压 声强 声波与声源之间距离； 衰减系数Np/m（奈培/米） 分别为 x = 0 处的声压、声强； 声波随距离增加，声能减弱较快， 所以超声波不能进行较远距离传播； 频率越高