《传感检测技术》PPT课件

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1、传感技术与智能仪器SensingTechnologyandIntelligentInstrument朱启兵zhuqib@163.com传感技术与智能仪器第13章传感检测技术红外检测1.2超声检测13.113.2激光检测13.3微波检测13.413.1.1超声波传感器的工作原理13.1.2超声波传感器的应用第13章传感检测技术超声波传感器13.1.1超声波传感器的工作原理第13章传感检测技术1.超声波及其物理性质波动（简称波）：振动在弹性介质内的传播声波：其频率在16~2×104Hz之间，能为人耳所闻的机械波次声波：低于

2、16Hz的机械波超声波：高于2×104Hz的机械波微波：频率在3×108~3×1011Hz之间的波图13.1声波的频率界限图第13章传感检测技术超声波的波型超声波的传播速度超声波的反射和折射超声波的衰减第13章传感检测技术2.超声波的波形及其转换纵波——质点振动方向与波的传播方向一致的波，称为纵波。它能在固体、液体和气体中传播；横波——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；表面波——质点的振动介于纵波与横波之间，沿着表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波，称为表面波。表面波质点振动的轨迹是椭圆形

3、（其长轴垂直于传播方向，短轴平行于传播方向）。表面波只能沿着固体的表面传播。第13章传感检测技术超声波的波型纵波、横波及表面波的传播速度，取决于介质的弹性常数及介质密度。气体和液体中只能传播纵波，其中气体中的声速为344m/s，液体中声速在900～1900m/s。在固体中，纵波、横波和表面波三者的声速成一定关系，通常可认为横波声速为纵波声速的一半，表面波声速约为横波声速的90％。第13章传感检测技术超声波的传播速度气体和液体固体图13.2超声波的反射和折射第13章传感检测技术超声波的反射和折射和波形转换声波在介质中传播

4、时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律满足以下函数关系：式中:、——声波在距声源x处的声压和声强；、——声波在声源处的声压和声强；——声波与声源间的距离；——衰减系数。超声波的衰减和超声波的频率和材料的介质密度有关。第13章传感检测技术固体和液体的介质密度大，故衰减也大。频率高，衰减也大压电式超声波传感器磁致伸缩式超声波传感器13.1.2超声波传感器的工作原理第13章传感检测技术压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机

5、械振动，从而产生超声波。当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。当超声波作用到压电晶片上时引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。压电式超声波传感器第13章传感检测技术图13.3压电式超声波传感器结构图第13章传感检测技术压电式超声波发生器可以产生几十kHz到几十MHz的高频超声波，产生的声强可达几十W／cm2。磁致伸缩式超声波传感器是利用铁磁材料的磁致伸缩

6、效应原理来工作的。磁致伸缩式超声波发生器是把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。磁致伸缩式超声波接收器的原理是：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场（即导磁特性）发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈里便获得感应电动势。此电势送到测量电路，最后记录或显示出来。磁致伸缩式超声波传感器第13章传感检测技术磁致伸缩超声波发生器只能用在几万Hz的频率范围以内，但功率可达十万W，声强可达几千W／cm2，能耐较高的温度。超声波测厚超声波测物位超声波

7、测流量超声波探伤第13章传感检测技术13.1.2超声波传感器的应用图13.4脉冲回波法检测厚度工作原理第13章传感检测技术(d)(c)(b)(a)图13.5几种超声波检测物位工作原理超声波测物位液体中有其他成分的存在及温度的不均匀都会使超声波速度发生变化，引起测量的误差，故在精密测量时，要考虑采取补偿措施第13章传感检测技术超声波测量流体流量是利用超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。时差法测流量相位差法测流量频率差法测流量图13.6超声波测流体流量工作原理超声波测

8、流量第13章传感检测技术穿透法探伤：穿透法探伤是根据超声波穿透工件后能量的变化情况来判断工件内部质量。反射法探伤：反射法探伤是根据超声波在工件中反射情况的不同来探测工件内部是否有缺陷。它又分为一次脉冲反射法和多次脉冲反射法两种。超声波探伤第13章传感检测技术优点：指示简单，适用于自动探伤；可避免盲区，适宜探测薄板。缺点：探测灵敏度