超声波传感器 2.pptVIP

第9章 超声波传感器 概述 超声技术是一门以物理、电子、机械及材料学为基础的、各行各业都要使用的通用技术之一。 ◆我国对超声波技术及其传感器的研究十分活跃，目前超声波技术已广泛应用于冶金、船舶、机械、医疗等各个工业部门的超声清洗、超声焊接、超声加工、超声检测和超声医疗等方面。 9.1 超声波及其性质 9.1.1 超声波的频率范围 人听到响声是由于乐器的振动，经过周围的空气，传送到人耳，振动耳膜，使听觉神经感受到响声。 ◆音的高低取决于振动数的多少，音的强弱取决于振幅的大小。一般人耳可听见的声波数范围为16Hz—20KHz，但此频率范围的界限与音的强度或个人听觉有关系，所以一般人耳的感音范围大致可绘成如果9-1所示的关系图。 9.1 超声波及其性质 ◆超声波的声波数下限当然也不易决定，通常将20KHz以上的音波称为超声波（Ultrasonic wave）。但是听到、听不到只是人耳的感觉问题，有时为了配合使用，也将频 率降至10KHz， 但有时也可能 将频率升到 1000MHz。 9.1 超声波及其性质 9.1.2超声波的种类 ◆超声波的发射方式不同，造成了超声波种类的不同，大致上可 分 为五类，如图所示，图（a）的纵波 （Longitudinal Wave）又称压缩波 （Compression Wave），介质粒子的振  动与波的进行方向一致，专供强力超 声波的运用。 图(b)为纵波，比起图(a)的纵波，波速 慢了许多，主要是因为此类纵波是在 直径较小的棒中传输。 9.1 超声波及其性质 图(c)为横波（Transverse Wave）又称剪  断波（Shear Wave，S波）介质粒子的 振动与垂直波的进行方向一致，常用于 超声波探勘计等的计测。 图(d)为表面波（Surface Wave）又称 Rayleigh 。 图（e）为弯曲波（Flexural Wave， Bending Wave），在沿波进行方向的中心线上介质粒子进行横振动，接近介质表面的粒子进行压缩、伸张运动。 9.1 超声波及其性质 9.1.3超声波的波速与波长 ◆超声波的波速C、波长λ、频率f之间有下列关系： C = f×λ ◆表9-1为超声波在各种介质中的波速，图9-3所示为超声波在空气、水、金属中的波长与周期波数的关系，图中以实线和虚线区分超声波的使用范围。 9.1 超声波及其性质 9.1 超声波及其性质 9.1 超声波及其性质 ◆由上所述可知，纵波的音速在常温空气中约3.4×10 cm/s，在水中为1.4×10 cm/s，铝中为 6.22×10 cm/sec，如果发射一个超声波的频率为40KHz，则可利用C = f×λ求出，超声波在空气中，水中及铝中的波长λ为： ●空气中： ●水中： ●铝中： 9.1 超声波及其性质 9.1.4超声波的损失 ◆理想情况下，超声波发射出去后，会一边扩大，一边直线前进，只要介质没有吸收超声波的性质，超声波的强度不论传到任何地方都不会减弱。 ◆不过实际上超声波的强度随着距离的增加而逐渐减弱，其原因有二：一是随着距离的增加波面会扩大，从而造成扩散损失，另外一方面，超声波会被传播介质吸收及散射，从而造成波动能量的损失。一般称为吸收损失，也称衰减。 9.1