传感器课件超声波传感器

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1、第七章超声波传感器本章主要学习超声波的物理特性，着重了解超声波在检测技术中的一些应用，也涉及无损探伤的设备及方法。7/8/20211概述：声波的分类1.次声波次声波是频率低于20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。7/8/202122.可闻声波美妙的音乐可使人陶醉。7/8/202133.超声波蝙蝠能发出和听见超声波。7/8/20214蝙蝠依靠超声波捕食7/8/20215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。超声波雾化器超声波加湿

2、器7/8/20216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。超声波塑料焊接机7/8/20217超声波金丝焊接机7/8/20218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，这一现象类似于光波。便携式超声波探鱼器7/8/20219超声波在医学检查中的应用胎儿的B超影像7/8/202110超声波用于高效清洗当强的声波信号作用于液体时，则会对液体产生一定的正压，即液体体积被压缩减小，液体中形成的微小气泡被压碎。每个气泡的破

3、裂会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压的压力，这种现象被称之为“空化作用”，超声波清洗正是利用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲刷工件内外表面的作用。超声清洗多用于半导体、机械、玻璃、医疗仪器等行业。7/8/202111超声波清洗原理及清洗器（参考湖南省浏阳市医用仪具厂、北京德泰隆科技发展有限责任公司资料）超声换能器气泡波浪清洗物7/8/202112超声波的传播波型主要可分为纵波、横波、表面波等几种。第一节超声波物理基础7/8/202113频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。它的指

4、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。7/8/202114声速、波长和指向性倾斜入射时的反射与折射超声波以一定的入射角从一种介质传播到另一种介质的分界面上时产生反射和折射现象，类似光学。垂直入射时的反射与折射两介质声阻抗相等或接近时，全投射从密度小介质射向密度大的介质时反射和折射率均大。从密度大介质射向密度小的介质时反射率大，折射率小声波在介质中的衰减介质中的晶体交界面和缺陷界

5、面会引起超声波散射介质质点传导超声波时，存在弹性滞后及分子内摩擦传播超声波的材料存在各向异性结构，将发生散射。7/8/202115第二节超声波换能器及耦合技术超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主要采用压电式。超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、高温探头、空气传导探头以及其他专用探头等。7/8/202116各种超声波探头（以下参考常州市常超检测设备有限公司资料）常用频率范围：0.5~10MHz，常见晶片直径：5~30mm

6、接触式直探头（纵波垂直入射到被检介质）外壳用金属制作，保护膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止压电晶片磨损。保护膜接插件7/8/202117接触式直探头原理超声脉冲电压输入端接地端7/8/202118接触式斜探头（横波、瑞利波或兰姆波探头）压电晶片粘贴在与底面成一定角度（如30、45等）的有机玻璃斜楔块上，当斜楔块与不同材料的被测介质（试件）接触时，超声波将产生一定角度的折射，倾斜入射到试件中去，可产生多次反射，而传播到较远处去。底部耐磨材料接插件7/8/202119各种接触式斜探头常用频率范围：1~5MHz7/8/20212

7、0接触法双晶直探头将两个单晶探头组合装配在同一壳体内，其中一片发射超声波，另一片接收超声波。两晶片之间用一片吸声性能强、绝缘性能好的薄片加以隔离。双晶探头的结构虽然复杂些，但检测精度比单晶直探头高，且超声信号的反射和接收的控制电路简单。发射晶片接收晶片7/8/202121各种双晶直探头焦距范围：5~40mm,频率范围：2.5~5MHz，钢中折射角：45~707/8/202122接触法双晶斜探头（续）7/8/202123水浸探头（可用自来水作为耦合剂）选择声透镜形状，可决定聚焦形式为点聚焦或线聚焦。7/8/202124聚焦探

8、头由于超声波的波长很短（毫米数量级），所以它也类似光波，可以被聚焦成十分细的声束，其直径可小到1mm左右，可以分辨试件中细小的缺陷，这种探头称为聚焦探头。聚焦探头采用曲面晶片来发出聚焦的超声波；也可以采用两种不同声速的塑料来制作声透镜；也可以利用类似光学反射镜的原理制作声凹面