传感器与检测技术的理论基础PPT电子课件教案-第10章 波与射线传感器

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1、主要内容10.1超声波传感器10.2红外线传感器声波频率界限人耳听见的波称声波（机械波）频率在16—2*104Hz；次声波———低于20Hz；超声波———高于2*104Hz.声波频率界限10.1超声波传感器10.1.1超声波及物理特性超声波在液体、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；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。如：超声波测距、测厚、测流量、无损探伤、超声成像.10.1超声波传感器10.1.1超声波及物理特性10.1超声波传感器10.1.1超声波及物理特性超声波技术

2、是以物理、电子、机械及材料学为基础的通用技术;通过超声波的产生、传播、接受等物理过程完成.超声波传感器主要功能是产生、接收超声波信号。当纵波以某一角度入射到第二介质（固体）的界面上时,除有纵波的反射、折射外,还发生横波的反射和折射,在某种情况下,还能产生表面波。当波在界面处产生折射时,入射角α的正弦与折射角的正弦之比,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,即发生全反射的条件？当从空气垂直照射到水面会发生什么情况？反之，情况又会怎样？10.1超声波传感器10.1.1超声波及物理特性声波在介质中传播时随距

3、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）；:为X=0处声压、声强；声波随X增加声能由于扩散吸收而减弱。由于声波作用而产生的压强叫“声压”。声波在传播过程中，空气中任一点附近质点由于声波作用，时而疏松，时而紧密，因而压强也相应地忽强、忽弱变化。声波传播的能流密度。即在单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的声音能量10.1超声波传感器10.1.1超声波及物理特性10.1超声波传感器10.1.2超声波传感器发射元件：利用压电

4、材料的逆压电效应，将高频电振动转换为机械振动产生超声波；接收元件：利用压电材料正压电效应，将超声波振动转换为电信号。目前市场销售的超声波传感器有两种形式：专用型、兼用型通常标有谐振中心频率：23KHz、40KHz、75KHz、200KHz、400KHz。超声波传感器有发射、接收两部分探头按工作原理可分为压电式、磁致式、电磁式不同超声波传感器工作方式超声波传感器使用时的两种形式：反射式（TX）直射式（RX）c)反射式ＲＸＴＸＴＸＲＸa）兼用型ＴＸＲＸ专用型b)直射式10.1超声波传感器10.1.2超声波传感器在超声波发送器双振子施加4

5、0KHz电压，通过逆压电效应，送出超声波信号。接收探头经正压电效应将接收到的信号放大处理。超声波传感器的工作原理如何测距？10.1超声波传感器10.1.2超声波传感器测距原理：340m/s*（n*25μs）=距离测距通过定时控制电路、触发电路、门电路变换为与距离有关的信号，用时钟脉冲对这个信号的发送和接收之间的延迟时间进行计数，计数器的输出值就是相应距离。超声波测距原理时序波形示意图10.1超声波传感器10.1.2超声波传感器测距原理h=（s2-a2）1/210.1超声波传感器10.1.2超声波传感器的应用10.1超声波传感器10.

6、1.2超声波传感器的应用10.1超声波传感器10.1.2超声波传感器的应用超声波探伤传感器医学超声波检测超声波测液位10.1超声波传感器10.1.4超声波传感器应用红外传感器按应用可分为：红外辐射测量；热成像遥感技术；红外搜索、跟踪目标、确定位置；通讯、测距等。红外传感器有两部分组成：1）红外辐射源，有红外辐射的物体就可以视为红外辐射源；2）红外探测器，能将红外辐射能转换为电能的热敏和光敏器件。10.2红外线传感器10.2红外线传感10.2.1红外辐射红外辐射俗称红外线是一种不可见光，其光谱位于可见光中红色以外，所以称红外线(波长范

7、围大致在0.76~1000μm)。工程上把红外线占据在电磁波谱中的位置（波段）分为:近红外、中红外、远红外、极远红外四个波段。红外辐射的物理本质是热辐射。一个炽热物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射出来的。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。而且,红外线被物体吸收时,可以显著地转变为热能。红外辐射和所有电磁波一样,是以波的形式在空间直线传播的。它在大气中传播时,大气层对不同波长的红外线存在不同的吸收带。而红外线在通过大气层时,有三个波段透过率高,它们是2~2.6μm、3~5μm和8~14μm,统称它们为“大气

8、窗口”。这三个波段对红外探测技术特别重要,因为红外探测器一般都工作在这三个波段（大气窗口）之内。10.2红外线传感10.2.1红外辐射10.2红外线传感器10.2.2红外辐射探测器红外探测器主要有两大类型：1）热探测器（热电型）包括有