第9单元 与波传感器 .pptVIP

请你思考 考虑波的衰减主要取决于什么？ 目前的超声波测距传感器的测量准确度和响应速度？ 举出采用电气和机械方法产生超声波的方法。 波是指某一物理量的扰动或振动在空间逐点传递时形成的运动。不同形式的波虽然在产生机制、传播方式和与物质的相互作用等方面存在很大差别，但在传播时却表现出多方面的共性，可用相同的数学方法描述和处理。波传感器的定义范围非常广，只要是利用波动原理制作而成的传感器都可以叫做波传感器。在本章中将介绍主要的几种波传感器。 习题 简述声波的基本概念。 声波的衰减主要取决于什么？并做简单介绍。 简单介绍SAW的基本原理和主要优点。 下图是超声波传感器的等效电路与阻抗特性。图(a)为等效电路，相当于L0、C0、R0串联与CP并联的电路，这些参数之间关系如图所示。图(b)为阻抗特性，振子阻抗Z随频率f而变化，Z最小时为串联谐振频率fr，最大时为并联谐振频率fa。然而，传感器的数据表中都没有记载这两种频率，一般用标称频率来表示。 超声波传感器的等效电路与阻抗特性 超声波传感器的选择性用振子Q值进行评价，Q值是表示谐振频率时振子振动特性的尖锐程度。若电容为C，则Q值可按下式进行计算，这时的Q用Qm表示，即 该式计算比较复杂，一般采用下式进行简单计算，这时Q用Q0表示，即 式中， 、 为振幅低于谐振点3dB时的上下限频率。 9.3.2 超声波传感器的分类 超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等。实际使用中压电式探头最为常见。 1. 压电式超声波传感器 压电式超声波探头按其结构和使用的波型不同又可分为直探头、斜探头、表面波探头、兰姆波探头、双晶探头、聚焦探头、水浸探头、空气传导探头和其它专用探头等。 2. 磁致超声波型超声波传感器 此外还有电磁型超声波传感器，有振动板的超声波传感器，弹性表面波传感器，光纤超声波传感器等类型的超声波传感器。 9.3.3 超声波传感器的应用 1. 超声测距传感器 从发射器发出的超声波，经目标反射后沿原路返回接收器所需的时问，即渡越时间。通过测量渡越时间，利用介质中已知的声速即可求得目标与传感器的距离。 超声测距传感器主要应用于导航和避障，其它还有焊缝跟踪，物体识别。超声测距传感器探测距离为15~200mm，分辨力为0.1mm。 2. 超声波探伤仪 超声波探伤是无损探伤技术中的一种主要检测手段。它主要用于检测板材、管材、锻件和焊接等材料中的缺陷(如裂缝、气孔、夹渣等)、测定材料的厚度、检测材料的晶粒、配合断裂力学对材料使用寿命进行评价等。超声波探伤因具有检测灵敏度高、速度快、成本低等优点，因而得到人们普遍的重视，并在生产实践中得到广泛的应用。 3. 超声波诊断仪 超声波诊断仪是通过向体内发射超声波(主要采用纵波)，然后接收经人体各组织反射回来的超声波并加以处理和显示，根据超声波在人体不同组织中传播特性的差异进行诊断的。由于超声波对人体无损害、操作简便、结果迅速、受检查者无不适感、对软组织成像清晰，因此，超声波诊断仪已成为临床上重要的现代诊断工具。超声波诊断仪类型较多，最常用的有A型超声波诊断仪、M型超声波心电图仪和B型超声波断层显像仪等。此外还有超声波测厚，超声波物位测量，超声波流量测量等应用。 9.4 微波传感器 9.4.1 微波的性质与特点 微波是波长为lm~lmm的电磁波，可以细分为三个波段：分米波、厘米波、毫米波。既具有电磁波的性质，又不同于普通无线电波和光波，是一种相对波长较长的电磁波，微波具有下列特点： (1) 空间辐射的装置容易制造； (2) 遇到各种障碍物易于反射； (3) 绕射能力较差； (4) 传输特性良好，传输过程中受烟、火焰、灰尘、强光等的影响很小； (5) 介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收作用最强。 1. 微波振荡器与微波天线 微波振荡器是产生微波的装置。由于微波波长很短，频率很高(300MHz~300GHz)，要求振荡回路具有非常微小的电感与电容，故不能用普通电子管与晶体管构成微波振荡器。构成微波振荡器的器件有速调管、磁控管或某些固体元件。小型微波振荡器也可以采用场效应管。 由微波振荡器产生的振荡信号需要用波导管(波长在10cm以上可用同轴线)传输，并通过天线发射出去。为了使发射的微波具有尖锐的方向性，天线具有特殊的结构。常用的天线有喇叭形天线，抛物面天线，介质天线与隙缝天线等。 2. 微波检测器 电磁波作为空间的微小电场变动而传播，所以要选择使电流——电压特性呈现非线性的电子元件作为探测它的敏感探头。