超声波传感器概要课件.ppt

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1、超声波传感器张凯学习内容一、超声波的概述二、超声波传感器的工作原理三、超声波传感器的测量电路四、超声波传感器的应用1、超声波及其基本特性波（动）：振动在弹性介质内的传播称为波动。频率：次声波、声波、超声波、微波次声波：低于16Hz的机械波；声波：其频率在16~2×104Hz之间，能为人耳所闻的机械波；超声波：高于2×104Hz的机械波；微波：频率在3×108~3×1011Hz之间的波；一、超声波的概述声波的分类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

2、的恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。2.可闻声波美妙的音乐可使人陶醉。3.超声波蝙蝠能发出和听见超声波。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器2、超声波的波型及其转换和波速纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致。（固、液、气）横波：质点的振动方向垂直于波的传播方向。（固）表面波：质点的振动介于纵波和横波之间，沿着表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减。（固体表面）L1界面介质1介质22L1L2S1S2L—入射纵波；L1—反射纵波；L2—折射纵波S1—反射横波；S

3、2—折射横波。纵波横波表面波超声波的传播速度取决于介质的弹性常数及介质的密度，与自身频率无关。在固体介质中，纵波、横波、表面波三者的声速分别为E—杨氏模量；—泊松比；G—剪切弹性模量。3、超声波的反射和折射当波速一致时入射波′界面介质1介质2反射波折射波（2）折射定律c1—入射声波速；c2—折射声波速（1）反射定律4、声波的衰减超声波在一种介质中传播时，随着距离的增加，能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律为P0、I0—声波在x=0处的声压和声强；P、I—声波在x处的声压和声强；—衰减系数。应用：工件的厚度

4、、球墨铸铁的球化程度、泥浆的浓度等。二、超声波传感器的原理定义：能够完成产生超声波和接收超声波功能的装置就是超声波传感器，也称为超声波换能器or超声波探头。应用范围：超声波传播时间传感器、目标探测、流量测量、液位测量、超声清洗、超声医疗等。特点：精度高，被测物体不受影响。超声波传感器由发送器和接收器两部分组成，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用，即为可逆元件。市售的超声波传感器有专用型和兼用型，专用型就是发送器用作发送超声波，接收器用作接收超声波；兼用型就是发送器(接收器)既可发送超声波(接收超声

5、波)，又可接收超声波(发送超声波)。市售超声波传感器的谐振频率(中心频率)为23kHz，40kHz，75kHz，200kHz，400kHz等。谐振频率变高，则检测距离变短，分解力也变高。超声波传感器利用压电效应的原理，压电效应有逆压电效应和正压电效应，超声波传感器是可逆元件，超声波发送器就是利用逆压电效应的原理。所谓逆压电效应就是在压电元件上施加电压，元件就变形，即应变；正压电效应就是压电元件沿一定方向受力后，发生变形，在两表面产生符号相反的电荷。如图所示是超声波传感器结构示例。它采用双晶振子，即把双压电陶瓷片以

6、相反极化方向粘在一起，在长度方向上，一片伸长，另一片就缩短。在双晶振子的两面涂敷薄膜电极，其上面用引线通过金属板(振动板)接到一个电极端，下面用引线直接接到另一个电极端。双晶振子为正方形，正方形的左右两边由圆弧形凸起部分支撑着，这两处的支点就成为振子振动的节点。金属板的中心有圆锥形振子，发送超声波时，圆锥形振子有较强的方向性，高效率地发送超声波；接收超声波时，超声波的振动集中于振子的中心，高效应地产生高频电压。如图所示是采用双晶振子的超声波传感器的工作原理示意图。若在发送器的双晶振子(谐振频率为40kHz)上施加

7、40kHz的同频电压，压电陶瓷片a、b就根据所加的高频电压极性伸长与缩短，于是就发送40kHz频率的超声波。超声波以疏密波形式传播，送给超声波接收器就被其接收。超声波接收器是利用压电效应的原理，即在压电元件的指定方向上施加压力，元件就发生应变，则产生一面为正极，另一面为负极的电压。如图所示接收器中也有与上图所示结构相同的双晶振子，若接收到发送器发送的超声波，振子就以发送超声波的频率进行振动，于是，就产生与超声波频率相同的高频电压，当然这种电压非常小，要用放大器进行放大。分类结构：直探头、斜探头、双探头和液浸探头工

8、作原理：压电式、磁致伸缩式、电磁式三、超声波传感器的基本电路3.1超声波传感器的驱动电路发射用的超声波传感器的驱动方式有自激型与他激型。1.自激型驱动电路自激型振荡电路就像石英振子那样，利用超声波传感器自身的谐振特性使其在谐振频率附近产生振荡。如图是自激型晶体管振荡电路，其中MA40A3S是振荡频率为40kHz的超声波传感器。如图是科耳皮兹振荡电路。超声波传感器在电感性的