第八章 超聲波傳感器

1、傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校1第八章第八章 超聲波傳感器超聲波傳感器n超聲波簡介超聲波簡介n超聲波傳感器超聲波傳感器n超聲波的應(yīng)用超聲波的應(yīng)用傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校2思考一思考一 n你知道你知道為什么蝙蝠在沒有光亮的情況下為什么蝙蝠在沒有光亮的情況下飛翔而不會(huì)迷失方向嗎？飛翔而不會(huì)迷失方向嗎？ 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校3超聲波的概念超聲波的概念 n當(dāng)物體的振動(dòng)高于人耳聽閾當(dāng)物體的振動(dòng)高于人耳聽閾上限頻率，即上限頻率，即高于高于20KHz20KHz時(shí)，時(shí)，人耳也是聽不到的，這樣的人耳也是聽不到的，這樣的聲波稱為超聲波聲波稱為超

2、聲波 n蝙蝠能發(fā)出蝙蝠能發(fā)出2 21010萬赫茲的超萬赫茲的超聲波，這好比是一座活動(dòng)的聲波，這好比是一座活動(dòng)的“雷達(dá)站雷達(dá)站”。n蝙蝠正是利用這種蝙蝠正是利用這種“雷達(dá)雷達(dá)”判斷飛行前方是昆蟲，或是判斷飛行前方是昆蟲，或是障礙物的。障礙物的。傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校4超聲波的特點(diǎn)超聲波的特點(diǎn) n束射特性束射特性 n超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的定律。射，也能聚焦，而且遵守幾何光學(xué)上的定律。 n吸收特性吸收特性 n聲波在各種物質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的聲波在各種物質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加

3、，強(qiáng)度會(huì)漸進(jìn)減弱，這是因?yàn)槲镔|(zhì)要吸增加，強(qiáng)度會(huì)漸進(jìn)減弱，這是因?yàn)槲镔|(zhì)要吸收掉它的能量。收掉它的能量。 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校5超聲波的特點(diǎn)超聲波的特點(diǎn) n超聲波的能量傳遞特性超聲波的能量傳遞特性 n當(dāng)聲波到達(dá)某一物質(zhì)中時(shí)，由于聲波的作用使物質(zhì)當(dāng)聲波到達(dá)某一物質(zhì)中時(shí)，由于聲波的作用使物質(zhì)中的分子也跟著振動(dòng)，分子振動(dòng)的頻率決定了分子中的分子也跟著振動(dòng)，分子振動(dòng)的頻率決定了分子振動(dòng)的速度。頻率愈高速度愈大。振動(dòng)的速度。頻率愈高速度愈大。n超聲波的聲壓特性超聲波的聲壓特性 n當(dāng)聲波通入某物體時(shí)，由于聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子產(chǎn)當(dāng)聲波通入某物體時(shí)，由于聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏的

4、作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。化。 n空化現(xiàn)象空化現(xiàn)象 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校6思考二思考二 n超聲波遇到到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著超聲波遇到到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射而形成反射回波，那是通過什么來反射而形成反射回波，那是通過什么來完成產(chǎn)生超聲波和接收超聲的呢？完成產(chǎn)生超聲波和接收超聲的呢？ 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校7超聲波傳感器基本工作原理超聲波傳感器基本工作原理 n超聲波的發(fā)射：當(dāng)壓電晶片受發(fā)射脈沖激超聲波的發(fā)射：當(dāng)壓電晶片受發(fā)射脈沖激勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng)，即可發(fā)射聲脈沖；依據(jù)于勵(lì)后產(chǎn)生振動(dòng)，即可發(fā)射

5、聲脈沖；依據(jù)于壓電晶片的壓電晶片的逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)n超聲波的接收：當(dāng)超聲波作用于晶片時(shí)，超聲波的接收：當(dāng)超聲波作用于晶片時(shí)，晶片受迫振動(dòng)引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的晶片受迫振動(dòng)引起的形變可轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)；依據(jù)于壓電晶片的電信號(hào)；依據(jù)于壓電晶片的正壓電效應(yīng)正壓電效應(yīng) 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校8超聲波探頭的種類超聲波探頭的種類 n直探頭直探頭 n斜探頭斜探頭傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校9超聲波探頭的種類超聲波探頭的種類n聯(lián)合雙探頭聯(lián)合雙探頭 n雙探頭的結(jié)構(gòu)就雙探頭的結(jié)構(gòu)就是二個(gè)單探頭的是二個(gè)單探頭的組合，一個(gè)用于組合，一個(gè)用于發(fā)射，一個(gè)用于發(fā)射，一個(gè)

6、用于接收接收 n液浸探頭液浸探頭 n常用于水浸法常用于水浸法傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校10思考三思考三 n你使用過你使用過B超檢測嗎？你看見過倒車?yán)走_(dá)超檢測嗎？你看見過倒車?yán)走_(dá)嗎？你知道他們都是依據(jù)什么工作的嗎？嗎？你知道他們都是依據(jù)什么工作的嗎？ 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校11在工業(yè)無損檢測中的應(yīng)用在工業(yè)無損檢測中的應(yīng)用 nA型超聲波探傷儀型超聲波探傷儀 有缺陷有缺陷無缺陷無缺陷傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校12A型超聲波探傷儀型超聲波探傷儀 n示波管上顯示的始波示波管上顯示的始波T，對(duì)應(yīng)于試件探測，對(duì)應(yīng)于試件探測面；第一次底波面

7、；第一次底波B，對(duì)應(yīng)于試件底面。，對(duì)應(yīng)于試件底面。n如果在如果在始波始波T和和第一次第一次底波底波B之間之間有有獨(dú)立獨(dú)立的的波波形出現(xiàn)，說明該處形出現(xiàn)，說明該處有缺陷有缺陷n缺陷波缺陷波F高度代表了缺陷的大小高度代表了缺陷的大小，缺陷波，缺陷波F距離始波距離始波T的的距離距離，表明了缺陷的埋藏表明了缺陷的埋藏深度深度，即探測面到缺陷的距離。，即探測面到缺陷的距離。 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校13超聲波測厚儀超聲波測厚儀 n當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達(dá)材料分界當(dāng)探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達(dá)材料分界面時(shí)，脈沖被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材面時(shí)，脈沖被反

8、射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時(shí)間來確定被測材料的厚度。料中傳播的時(shí)間來確定被測材料的厚度。 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校14思考四思考四 n在醫(yī)用檢查儀器中，你知道都有哪些是在醫(yī)用檢查儀器中，你知道都有哪些是超聲波檢測儀嗎？超聲波檢測儀嗎？傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校15B B超超 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校16彩超彩超 n其實(shí)彩超并不是看到其實(shí)彩超并不是看到了人體組織的真正的了人體組織的真正的顏色，而是在顏色，而是在黑白黑白B B超超圖像基礎(chǔ)上圖像基礎(chǔ)上加上以加上以多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)原理為基原理為基礎(chǔ)的偽彩而形成的

9、。礎(chǔ)的偽彩而形成的。 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校17其它超聲波診斷儀其它超聲波診斷儀 超聲超聲CTCT 三維彩超三維彩超 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校18四維超聲四維超聲 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校19血管內(nèi)超聲血管內(nèi)超聲 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校20超聲波傳感器在水處理中的應(yīng)用超聲波傳感器在水處理中的應(yīng)用 n功率超聲的空化效應(yīng)為降解水中有害有機(jī)物提功率超聲的空化效應(yīng)為降解水中有害有機(jī)物提供了獨(dú)特的物理化學(xué)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)超聲波污供了獨(dú)特的物理化學(xué)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)超聲波污水處理。水處理。 傳感器原理及應(yīng)用202

10、2-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校21超聲波洗衣機(jī)超聲波洗衣機(jī) 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校22超聲波洗衣機(jī)超聲波洗衣機(jī) n當(dāng)洗槽充滿水，衣服投入洗槽，氣泡供當(dāng)洗槽充滿水，衣服投入洗槽，氣泡供應(yīng)器和超聲波發(fā)生器開始工作，洗槽內(nèi)應(yīng)器和超聲波發(fā)生器開始工作，洗槽內(nèi)即有即有超聲波和大量氣泡產(chǎn)生超聲波和大量氣泡產(chǎn)生，超聲波因，超聲波因氣泡的折射作用而氣泡的折射作用而均勻地分散在衣服上均勻地分散在衣服上，浸入的衣服受超聲波作用后，表面的污浸入的衣服受超聲波作用后，表面的污漬也隨之分解，同時(shí)被氣泡帶出，衣服漬也隨之分解，同時(shí)被氣泡帶出，衣服也變干凈了。也變干凈了。 傳感器原理及應(yīng)用2022-1

11、-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校23超聲波洗碗機(jī)超聲波洗碗機(jī) 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校24超聲波洗碗機(jī)超聲波洗碗機(jī) n超聲波洗碗機(jī)實(shí)際上類似一臺(tái)超聲波清超聲波洗碗機(jī)實(shí)際上類似一臺(tái)超聲波清洗器。其作用機(jī)理還是洗器。其作用機(jī)理還是利用超聲波利用超聲波作用作用于水中，產(chǎn)生無數(shù)氣泡的于水中，產(chǎn)生無數(shù)氣泡的空化現(xiàn)象空化現(xiàn)象，瞬，瞬間產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓和間產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓和10001000的高溫，的高溫，污物在超聲的攪拌、分散、乳化作用下，污物在超聲的攪拌、分散、乳化作用下，清除盆、碗上的污物、油膩清除盆、碗上的污物、油膩 傳感器原理及應(yīng)用2022-1-5沈陽鐵路機(jī)械學(xué)校25汽車防撞報(bào)警器倒車?yán)走_(dá)汽車防撞報(bào)警器倒車?yán)走_(dá) n由傳感器發(fā)射超聲波信號(hào)，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，產(chǎn)生回由傳感器發(fā)射超聲波信號(hào)，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，產(chǎn)生回波信號(hào)