《其他传感器》PPT课件

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1、第9章其他传感器9.1超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器9.1.1超声波的基本性质振动在弹性介质内的传播称为波动，简称波。其频率在16-之间，能为人所闻的机械波，称为声波；低于16Hz的机械波，称为次声波；高于2Hz的机械波，称为超声波，如图9.1所示。频率在-Hz之间的波，称为微波。波长在1mm-1um的：太赫兹，以上可见光与射线图9.1声波的频率界限图f/Hz9.1.1超声波的基本性质1.波形通常有三种形式：①纵波是质点振动方向与传播方向一致的波为纵波。它能在固体、液体或气体

2、中传播；②横波是质点振动方向垂直于传播方向的波称为横波，它只能在固体中传播；③表面波是质点振动介于纵波和横波之间，沿着固体表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波为表面波，工业应用中主要采用纵波。2.传播速度超声波的传播速度与介质密度和弹性特性有关。超声波在介质中的传播速度随温度的变化而变化。在常温下，空气中的声速为344m／s、水中声速为1497m／s，在钢材中声速为5000m／s左右。9.1.1超声波的基本性质3.反射及折射超声波在两种介质中传播时，在它们的界面上，一部分能量反射回原介质，称为反射波；

3、另一部分能量透射界面，在另一介质内继续传播，称为折射波。4.超声波的衰减声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，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。其声压和声强的衰减规律为（9−2）（9−3）式中：、——距声源x处的声压和声强；x为声波与声源间的距离；——衰减系数，单位为（奈培/厘米）5.声阻抗介质有一定的声阻抗，声阻抗等于该介质密度与超声速度的乘积。通过测量超声波的辐射阻抗率，可测定媒介的密度、弹性模量、液体的粘度、液体的密度等。9.1.2超声波传感器超声波传感器：产生超声波

4、和接收超声波的装置，又称为超声换能器、超声探头。分类：按其结构可分为：直探头、斜探头、双探头和液浸探头。按其原理又可分为：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。压电式探头主要由压电晶体、吸收块(阻尼块)、保护膜等组成，其结构如图9.2所示。压电晶体多为圆形板，其厚度d与超声波频率成反比图9.2压电式超声波探头示意图9.1.3超声检测技术的应用1.超声波测量厚度超声波测厚主要有脉冲回波法、共振法、干涉法等几种。应用较为广泛的是脉冲回波法。其原理框图如图9.3所示。超声波探头与被测物体

5、表面接触；主控制器控制发射电路发射一定频率的重复脉冲信号，激发探头发射超声波脉冲进入试件，到达底面后反射回来，并由同一探头接收。接收到的脉冲信号经放大后进入主控器的处理部分测量发射波与接收波的时间间隔，试件厚度：图9.3脉冲回波法测厚原理图因为发射探头与接收探头共用一个，在测量时存在盲区问题。9.1.3超声检测技术的应用2.超声波测物位图9.4脉冲回波式测量物位的工作原理超声波物位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。如果从发射超声脉冲开始，到接收换能器接收到反射波为止的这个时间间隔

6、为已知，就可以求出分界面的位置，利用这种方法可以对物位进行测量。根据发射和接收换能器的功能，传感器又可分为单换能器和双换能器。单换能器的传感器发射和接收超声波均使用一个换能器，而双换能器的传感器发射和接收各由一个换能器完成。图9.4给出了几种超声物位传感器的原理示意图。9.1.3超声检测技术的应用3.超声波流量传感器图9.5超声波流量传感器原理图超声波在流体中传播时，在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的，利用这一特点可以求出流体的速度，再根据管道流体的截面积，便可知道流体的流量。如果在管道的外部安装

7、两个超声波传感器，它们既可以发射超声波又可以接收超声波，一个装在上游，一个装在下游，如图9.5所示。如设顺流方向的传播时间为，逆流方向的传播时间为，流体静止时的超声波传播速度为，流体流动速度为，则：由于c远大于v，所以：（9−6）（9−7）（9−9）9.2微波式传感器9.2.1微波的性质与特点微波是波长为1mm~lm的电磁波，它具有电磁波的性质又不同于普通无线电波和光波。微波相对于波长较长的电磁波具有下列特点：①定向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

8、受烟、火焰、灰尘、强光等影响很小；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。这些特点构成了微波检测的基础。9.2.2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(300M~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调整管、磁控管或某些固体元件。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)