梁森——超聲波傳感器課件

1、2022-1-201機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社中等職業(yè)教育電氣類(lèi)規(guī)劃教材中等職業(yè)教育電氣類(lèi)規(guī)劃教材 自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)第七章第七章多媒體課件200951 更新2022-1-202第七章第七章 超聲波傳感器超聲波傳感器 在這一章里，卡卡要給大家介紹超聲波的在這一章里，卡卡要給大家介紹超聲波的物理特性、超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)、探頭耦合物理特性、超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)、探頭耦合技術(shù)和超聲波傳感器的應(yīng)用，也集中講一講技術(shù)和超聲波傳感器的應(yīng)用，也集中講一講在工業(yè)領(lǐng)域里比較常見(jiàn)的無(wú)損探傷。在工業(yè)領(lǐng)域里比較常見(jiàn)的無(wú)損探傷。超聲波傳感器的最大特點(diǎn)是量程范圍比較大，超聲波傳感器的最大特點(diǎn)是量程范圍比

2、較大，多用于定性測(cè)量。多用于定性測(cè)量。概述：概述： 聲波的分類(lèi)聲波的分類(lèi)1.1.次聲次聲波 次聲波是頻率低于次聲波是頻率低于20赫茲的聲波，人耳聽(tīng)赫茲的聲波，人耳聽(tīng)不到，但可與人體器官發(fā)生共振，不到，但可與人體器官發(fā)生共振，78Hz的次的次聲波會(huì)引起人的恐怖感，動(dòng)作不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)聲波會(huì)引起人的恐怖感，動(dòng)作不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)致心臟停止跳動(dòng)。致心臟停止跳動(dòng)。 次聲波炸彈次聲波炸彈2.可聞聲波可聞聲波（20Hz20kHz） 美妙的音樂(lè)可使人陶醉。美妙的音樂(lè)可使人陶醉。 280Hz2560Hz頻率段稱(chēng)頻率段稱(chēng)為中高頻。為中高頻。小提琴約有小提琴約有四分之一的四分之一的較高音域在較高音域在此頻段。此頻段。3

3、.3.超聲波超聲波 蝙蝠蝙蝠能發(fā)出和能發(fā)出和聽(tīng)見(jiàn)超聲聽(tīng)見(jiàn)超聲波。波。蝙蝠依靠超聲波捕食蝙蝠依靠超聲波捕食 超聲波與可聞聲波不超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點(diǎn)。能量集中的特點(diǎn)。超聲波霧化器超聲波霧化器超聲波加濕器超聲波加濕器 壓電陶瓷或磁致壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下，可得到脈沖作用下，可得到較較大功率的超聲波大功率的超聲波，可以被可以被聚焦聚焦，能用于，能用于集成電路及塑料的焊集成電路及塑料的焊接接。 超聲波塑料焊接機(jī)超聲波塑料焊接機(jī)超聲波金絲超聲波金絲焊接機(jī)焊接機(jī) 超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在超聲波被聚焦后，

4、具有較好的方向性，在遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類(lèi)似于光波。和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類(lèi)似于光波。便攜式超聲波便攜式超聲波探魚(yú)器探魚(yú)器超聲波在醫(yī)學(xué)檢查超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用中的應(yīng)用 胎兒的胎兒的 B超影像超影像大功率超聲波用于高效清洗大功率超聲波用于高效清洗 當(dāng)強(qiáng)的聲波信號(hào)作用于液體時(shí)，則會(huì)對(duì)當(dāng)強(qiáng)的聲波信號(hào)作用于液體時(shí)，則會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生一定的正壓，即液體體積被壓縮減液體產(chǎn)生一定的正壓，即液體體積被壓縮減小，液體中形成的小，液體中形成的微小氣泡被壓碎微小氣泡被壓碎。 每個(gè)每個(gè)氣泡的破裂會(huì)產(chǎn)生能量極大的沖擊氣泡的破裂會(huì)產(chǎn)生能量極大的

5、沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓的壓力千個(gè)大氣壓的壓力，這種現(xiàn)象被稱(chēng)之為，這種現(xiàn)象被稱(chēng)之為“空空化作用化作用”，超聲波清洗正是利用液體中氣泡，超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來(lái)達(dá)到破裂所產(chǎn)生的沖擊波來(lái)達(dá)到清洗和沖刷工件清洗和沖刷工件內(nèi)外表面內(nèi)外表面的作用。的作用。 超聲清洗多用于半導(dǎo)體、機(jī)械、玻璃、超聲清洗多用于半導(dǎo)體、機(jī)械、玻璃、醫(yī)療儀器等行業(yè)。醫(yī)療儀器等行業(yè)。超聲波清洗原理及清洗器超聲波清洗原理及清洗器（參考湖南省瀏陽(yáng)市醫(yī)用儀具廠（參考湖南省瀏陽(yáng)市醫(yī)用儀具廠 、北京德泰隆科技發(fā)展有限責(zé)任公司資料）、北京德泰隆科技發(fā)展有

6、限責(zé)任公司資料）超聲換能器超聲換能器氣泡氣泡波浪波浪清洗物清洗物第一節(jié)第一節(jié) 超聲波物理基礎(chǔ)超聲波物理基礎(chǔ) 頻率高于頻率高于20kHz的機(jī)械振動(dòng)波的機(jī)械振動(dòng)波稱(chēng)為超稱(chēng)為超聲波。它的聲波。它的指向性很好，能量集中，因此指向性很好，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大穿透本領(lǐng)大，能穿透幾米厚的鋼板，而能，能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。在量損失不大。在遇到兩種介質(zhì)的分界面遇到兩種介質(zhì)的分界面（例如鋼板與空氣的交界面）時(shí)，能產(chǎn)生（例如鋼板與空氣的交界面）時(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射明顯的反射和折射現(xiàn)象，超聲波的現(xiàn)象，超聲波的頻率越頻率越高，其聲場(chǎng)指向性就愈好高，其聲場(chǎng)指向性就愈好。超聲波的波型超聲波的波型分類(lèi)

7、分類(lèi) 超聲波的傳播波型主要可分為縱波、超聲波的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種。橫波、表面波等幾種。 縱縱波波橫波橫波 表面波表面波 第二節(jié)第二節(jié) 超聲波換能器及耦合技術(shù)超聲波換能器及耦合技術(shù) 1 1a）單晶直探頭）單晶直探頭 b）雙晶直探頭）雙晶直探頭 c）斜探頭）斜探頭1接插件接插件 2外殼外殼 3阻尼吸收塊阻尼吸收塊 4引線(xiàn)引線(xiàn) 5壓電晶體壓電晶體 6保護(hù)膜保護(hù)膜7隔離層隔離層 8延遲塊延遲塊 9有機(jī)玻璃斜楔塊有機(jī)玻璃斜楔塊 10耦合劑耦合劑 11試件試件 超聲波換能器（超聲探頭）的外形超聲波換能器（超聲探頭）的外形超聲波換能器又稱(chēng)超聲波探頭。超聲波換能器的工超聲波換能器又稱(chēng)超

8、聲波探頭。超聲波換能器的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測(cè)技術(shù)中主要采用壓電式。超聲波探頭又分為直探頭、測(cè)技術(shù)中主要采用壓電式。超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專(zhuān)用探水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專(zhuān)用探頭等。頭等。 各種超聲波探頭各種超聲波探頭 （以下參考常州市常超檢測(cè)設(shè)備有限公司資料）（以下參考常州市常超檢測(cè)設(shè)備有限公司資料）常用頻率范圍：常用頻率范圍：0.50.510MHz10MHz，常見(jiàn)晶片

9、直徑：常見(jiàn)晶片直徑：5 530mm30mm接觸式直探頭接觸式直探頭（縱波垂直入射（縱波垂直入射到被檢介質(zhì)）到被檢介質(zhì)） 外殼用金屬制外殼用金屬制作，保護(hù)膜用硬度作，保護(hù)膜用硬度很高的耐磨材料制很高的耐磨材料制作，防止壓電晶片作，防止壓電晶片磨損。磨損。 保護(hù)膜保護(hù)膜接插件接插件接觸式接觸式 直探頭原理直探頭原理超聲脈沖電壓超聲脈沖電壓輸入端輸入端 接地端接地端保護(hù)膜保護(hù)膜被測(cè)物上表面被測(cè)物上表面接觸式斜探頭接觸式斜探頭（橫波、瑞利波或蘭姆波探頭）（橫波、瑞利波或蘭姆波探頭） 壓電晶片粘貼在與底面成一定角度（如壓電晶片粘貼在與底面成一定角度（如3030 、4545 等）的有機(jī)玻璃斜楔塊上，當(dāng)斜楔

10、塊與不同材等）的有機(jī)玻璃斜楔塊上，當(dāng)斜楔塊與不同材料的被測(cè)介質(zhì)（試件）接觸時(shí)，超聲波將產(chǎn)生一料的被測(cè)介質(zhì)（試件）接觸時(shí)，超聲波將產(chǎn)生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，可產(chǎn)生多定角度的折射，傾斜入射到試件中去，可產(chǎn)生多次反射，而傳播到較遠(yuǎn)處去。次反射，而傳播到較遠(yuǎn)處去。底部耐磨材料底部耐磨材料接插件接插件各種接觸式斜探頭各種接觸式斜探頭常用頻率范圍：常用頻率范圍：1 15MHz5MHz接觸法雙晶直探頭接觸法雙晶直探頭 將兩個(gè)單晶探頭組將兩個(gè)單晶探頭組合裝配在同一殼體內(nèi)，合裝配在同一殼體內(nèi)，其中一片發(fā)射超聲波其中一片發(fā)射超聲波，另一片接收超聲波另一片接收超聲波。兩。兩晶片之間用一片吸聲性晶片之間

11、用一片吸聲性能強(qiáng)、絕緣性能好的薄能強(qiáng)、絕緣性能好的薄片加以隔離。片加以隔離。 雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜些，但然復(fù)雜些，但檢測(cè)精度檢測(cè)精度比單晶直探頭高比單晶直探頭高，且超，且超聲信號(hào)的反射和接收的聲信號(hào)的反射和接收的控制電路簡(jiǎn)單控制電路簡(jiǎn)單。 發(fā)射晶片發(fā)射晶片接收晶片接收晶片各種雙晶直探頭各種雙晶直探頭 焦距范圍：焦距范圍：5 540mm, 40mm, 頻率范圍：頻率范圍：2.52.55MHz5MHz，鋼中折射角：鋼中折射角：4545 7070 接觸法雙晶斜探頭（續(xù)）接觸法雙晶斜探頭（續(xù)） 水浸探頭水浸探頭（可用自來(lái)水作為耦合劑）（可用自來(lái)水作為耦合劑） 選擇聲透選擇聲透鏡形狀，

12、可決鏡形狀，可決定聚焦形式為定聚焦形式為點(diǎn)聚焦或線(xiàn)聚點(diǎn)聚焦或線(xiàn)聚焦。焦。聚焦探頭聚焦探頭 由于超聲波的波長(zhǎng)很短（由于超聲波的波長(zhǎng)很短（毫米毫米數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí)），），所以它也類(lèi)似光波，可以所以它也類(lèi)似光波，可以被聚焦成十分細(xì)的被聚焦成十分細(xì)的聲束，其直徑可小到聲束，其直徑可小到1mm左右左右，可以分辨試可以分辨試件中細(xì)小的缺陷件中細(xì)小的缺陷，這種探頭稱(chēng)為聚焦探頭。，這種探頭稱(chēng)為聚焦探頭。 聚焦探頭采用聚焦探頭采用曲面晶片曲面晶片來(lái)發(fā)出聚焦的超來(lái)發(fā)出聚焦的超聲波；也可以采用兩種不同聲速的塑料來(lái)制聲波；也可以采用兩種不同聲速的塑料來(lái)制作作聲透鏡；聲透鏡；也可以利用類(lèi)似光學(xué)反射鏡的原也可以利用類(lèi)似光學(xué)反

13、射鏡的原理制作聲理制作聲凹面鏡來(lái)聚焦超聲波凹面鏡來(lái)聚焦超聲波。 聚焦探頭原理及外形聚焦探頭原理及外形水浸聚焦探頭水浸聚焦探頭超聲波探頭中的壓電陶瓷芯片超聲波探頭中的壓電陶瓷芯片 將將數(shù)百伏數(shù)百伏的超聲電脈沖的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用加到壓電晶片上，利用逆壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)，使晶片發(fā)射出持續(xù)時(shí)間很短的超聲振，使晶片發(fā)射出持續(xù)時(shí)間很短的超聲振動(dòng)波。當(dāng)超聲波經(jīng)被測(cè)物反射回到壓電晶片時(shí)，動(dòng)波。當(dāng)超聲波經(jīng)被測(cè)物反射回到壓電晶片時(shí)，利利用壓電效應(yīng)，將機(jī)械振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電用壓電效應(yīng)，將機(jī)械振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。荷和電壓。超聲波探頭不能直接在被測(cè)物表面摩擦，超聲波探頭不能直接在被

14、測(cè)物表面摩擦，必須在探頭和被測(cè)物表面之間加入耦合劑必須在探頭和被測(cè)物表面之間加入耦合劑耦合劑耦合劑 的的種類(lèi)和選擇種類(lèi)和選擇 超聲探頭與被測(cè)物體接觸時(shí)，探頭與被超聲探頭與被測(cè)物體接觸時(shí)，探頭與被測(cè)物體表面間存在一層測(cè)物體表面間存在一層空氣薄層空氣薄層，空氣，空氣將引將引起三個(gè)界面間強(qiáng)烈的雜亂反射波，造成干擾，起三個(gè)界面間強(qiáng)烈的雜亂反射波，造成干擾，并造成很大的衰減并造成很大的衰減。為此，。為此，必須將接觸面之必須將接觸面之間的空氣排擠掉間的空氣排擠掉。 在工業(yè)中，經(jīng)常使用耦合劑，使之在工業(yè)中，經(jīng)常使用耦合劑，使之充滿(mǎn)充滿(mǎn)在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用。常

15、用的耦合劑有的耦合劑有自來(lái)水、機(jī)油、甘油、膠水、化自來(lái)水、機(jī)油、甘油、膠水、化學(xué)漿糊學(xué)漿糊等。等。 空氣超聲探頭空氣超聲探頭 a a） 超聲發(fā)射器超聲發(fā)射器 b b）超聲接收器）超聲接收器 11外殼外殼 22金屬絲網(wǎng)罩金屬絲網(wǎng)罩 33錐形共振盤(pán)錐形共振盤(pán) 44壓電晶片壓電晶片 55引腳引腳 66阻抗匹配器阻抗匹配器 77超聲波束超聲波束 空氣超聲探頭（續(xù)）空氣超聲探頭（續(xù)） 空氣超聲探頭外形空氣超聲探頭外形空氣超聲探頭外形（續(xù)）空氣超聲探頭外形（續(xù)）空氣傳導(dǎo)超聲波電脈沖發(fā)生器空氣傳導(dǎo)超聲波電脈沖發(fā)生器第三節(jié)第三節(jié) 超聲波傳感器的應(yīng)用超聲波傳感器的應(yīng)用 當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測(cè)物兩當(dāng)超聲

16、發(fā)射器與接收器分別置于被測(cè)物兩側(cè)時(shí)，這種類(lèi)型稱(chēng)為透射型側(cè)時(shí)，這種類(lèi)型稱(chēng)為透射型。透射型可用于遙。透射型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、接近開(kāi)關(guān)等?？仄鳌⒎辣I報(bào)警器、接近開(kāi)關(guān)等。超聲發(fā)射器超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型與接收器置于同側(cè)的屬于反射型，反射型可用，反射型可用于接近開(kāi)關(guān)、測(cè)距、測(cè)液位或物位、金屬探傷于接近開(kāi)關(guān)、測(cè)距、測(cè)液位或物位、金屬探傷以及測(cè)厚等。以及測(cè)厚等。 空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例 空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例 （續(xù)）（續(xù)） 空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例 （續(xù)）（續(xù)）質(zhì)量檢查質(zhì)量

17、檢查緊固件的安裝錯(cuò)誤檢測(cè)緊固件的安裝錯(cuò)誤檢測(cè)疊放高度測(cè)量疊放高度測(cè)量空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例 （續(xù)）（續(xù)）空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例 （續(xù)）（續(xù)）物件放置錯(cuò)誤檢測(cè)物件放置錯(cuò)誤檢測(cè)空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例 （續(xù)）（續(xù)）透明塑料張力控制透明塑料張力控制機(jī)械手定位機(jī)械手定位空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉例 （續(xù)）（續(xù)）紙卷直徑檢測(cè)紙卷直徑檢測(cè)超聲波傳感器超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）應(yīng)用舉例（續(xù)）平整度測(cè)量平整度測(cè)量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超長(zhǎng)

18、距離檢測(cè)超長(zhǎng)距離檢測(cè)空氣傳導(dǎo)超聲波空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)用舉傳感器的應(yīng)用舉例例 （續(xù)）（續(xù)）流水線(xiàn)計(jì)數(shù)流水線(xiàn)計(jì)數(shù)空氣傳導(dǎo)超聲空氣傳導(dǎo)超聲波傳感器的應(yīng)波傳感器的應(yīng)用舉例用舉例 （續(xù)）（續(xù)）二對(duì)探頭的超聲波流量測(cè)量原理二對(duì)探頭的超聲波流量測(cè)量原理 F1發(fā)射的超聲波先到達(dá)發(fā)射的超聲波先到達(dá) T1測(cè)量流量原理分類(lèi)測(cè)量流量原理分類(lèi) 時(shí)間差法測(cè)量流量原理：在被測(cè)管道上下時(shí)間差法測(cè)量流量原理：在被測(cè)管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對(duì)超聲波發(fā)射和游的一定距離上，分別安裝兩對(duì)超聲波發(fā)射和接收探頭（接收探頭（F F1 1，T T1 1）、（）、（F F2 2，T T2 2），其中），其中F F1 1，T T1

19、 1的超聲波是順流傳播的，而的超聲波是順流傳播的，而F F2 2，T T2 2的超聲波是的超聲波是逆流傳播的。由于這兩束超聲波在液體中傳播逆流傳播的。由于這兩束超聲波在液體中傳播速度的不同，測(cè)量?jī)山邮仗筋^上超聲波傳播的速度的不同，測(cè)量?jī)山邮仗筋^上超聲波傳播的時(shí)間差時(shí)間差 t t，可得到流體的平均速度及流量。，可得到流體的平均速度及流量。 F1發(fā)射的超聲波到達(dá)發(fā)射的超聲波到達(dá) F2的時(shí)間較短的時(shí)間較短一對(duì)探頭的超聲波流量測(cè)量原理一對(duì)探頭的超聲波流量測(cè)量原理 頻率差法測(cè)量流量原理頻率差法測(cè)量流量原理： F1、F2 是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)

20、的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器面，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器與接收器用。首先由與接收器用。首先由F1發(fā)射出第一個(gè)超聲脈沖，它通發(fā)射出第一個(gè)超聲脈沖，它通過(guò)管壁、流體及另一側(cè)管壁被過(guò)管壁、流體及另一側(cè)管壁被F2接收，此信號(hào)經(jīng)放大接收，此信號(hào)經(jīng)放大后再次觸發(fā)后再次觸發(fā)F1的驅(qū)動(dòng)電路，使的驅(qū)動(dòng)電路，使F1發(fā)射第二個(gè)聲脈沖發(fā)射第二個(gè)聲脈沖 。緊接著，由緊接著，由F2發(fā)射超聲脈沖，而發(fā)射超聲脈沖，而F1作接收器，可以測(cè)作接收器，可以測(cè)得得F1的脈沖重復(fù)頻率為的脈沖重復(fù)頻率為f1。同理可以測(cè)得。同理可以測(cè)得F2的脈沖重的脈沖重復(fù)頻率為復(fù)頻率為f2。順流發(fā)射頻率。順流發(fā)射頻率f1與逆流發(fā)射頻

21、率與逆流發(fā)射頻率f 2的頻的頻率差率差 f與被測(cè)流速與被測(cè)流速v成正比成正比 。F2F1 發(fā)射、接收探頭發(fā)射、接收探頭也可以安裝在管道的同一側(cè)也可以安裝在管道的同一側(cè)同側(cè)式同側(cè)式超聲波流量計(jì)的使用超聲波流量計(jì)的使用 （參考北京菲波儀表有限公司資料）（參考北京菲波儀表有限公司資料）超聲波流量計(jì)在水處理現(xiàn)場(chǎng)的使用超聲波流量計(jì)在水處理現(xiàn)場(chǎng)的使用超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用現(xiàn)場(chǎng)使用多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng) 前進(jìn)方向的前進(jìn)方向的頻率升高頻率升高 如果波源和觀如果波源和觀察者之間有察者之間有相對(duì)相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，那么觀察，那么觀察者者接收到的頻接收到的頻率率和波源的頻率就和波源的頻率就不相同不相同了，這種了，

22、這種現(xiàn)象叫做現(xiàn)象叫做多普勒多普勒效應(yīng)效應(yīng)。測(cè)出測(cè)出 f 就就可得到運(yùn)動(dòng)速度可得到運(yùn)動(dòng)速度。2022-1-2060水波的水波的多普勒效應(yīng)示意多普勒效應(yīng)示意波源向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，波源向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，前進(jìn)方向的波長(zhǎng)變短，頻率升高前進(jìn)方向的波長(zhǎng)變短，頻率升高波源向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，波源向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，右側(cè)表面波被壓縮右側(cè)表面波被壓縮超聲波的多普勒效應(yīng)可以用于測(cè)量車(chē)速超聲波的多普勒效應(yīng)可以用于測(cè)量車(chē)速現(xiàn)在更多地使用高頻雷達(dá)電子測(cè)速現(xiàn)在更多地使用高頻雷達(dá)電子測(cè)速超聲波多普勒測(cè)量風(fēng)速超聲波多普勒測(cè)量風(fēng)速風(fēng) 不同的風(fēng)向引起兩對(duì)超不同的風(fēng)向引起兩對(duì)超聲波的頻率變大或變小。聲波的頻率變大或變小。經(jīng)過(guò)單片機(jī)計(jì)算可以得經(jīng)過(guò)單片機(jī)計(jì)算可以得

23、到風(fēng)速和風(fēng)向到風(fēng)速和風(fēng)向超聲波測(cè)距超聲波測(cè)距 空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)物時(shí)，到達(dá)被測(cè)物時(shí)，被被反射回來(lái)，并被另一只空氣超聲探頭所接收反射回來(lái)，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測(cè)出測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間t t，再乘以空氣的聲速（再乘以空氣的聲速（340m/s340m/s），就是超聲脈沖在），就是超聲脈沖在被測(cè)被測(cè)距離所經(jīng)歷的路程，除以距離所經(jīng)歷的路程，除以2 2就得到距離就得到距離。 超聲波測(cè)厚超聲波測(cè)厚 雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動(dòng)脈沖雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動(dòng)脈沖，超聲脈沖到達(dá)試件

24、底面時(shí)，被反射回來(lái)，并超聲脈沖到達(dá)試件底面時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一被另一只壓電晶片所接收只壓電晶片所接收。只要測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到。只要測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間接收超聲波脈沖所需的時(shí)間t t，再，再乘以被測(cè)體的聲乘以被測(cè)體的聲速常數(shù)速常數(shù)c c，就是就是超聲脈沖在被測(cè)件中所經(jīng)歷的來(lái)回超聲脈沖在被測(cè)件中所經(jīng)歷的來(lái)回距離，再除以距離，再除以2 2，就得到厚度，就得到厚度 ： 5-7 21ct手持式超聲波測(cè)厚儀手持式超聲波測(cè)厚儀手持式超聲波手持式超聲波測(cè)厚儀（續(xù)）測(cè)厚儀（續(xù)）手持式超聲波手持式超聲波測(cè)厚儀（續(xù)）測(cè)厚儀（續(xù)）金屬構(gòu)件金屬構(gòu)件測(cè)厚測(cè)厚某超聲波測(cè)厚儀指標(biāo)某超聲波測(cè)厚

25、儀指標(biāo) （參考北京北方大河儀器儀表有限公司資料）（參考北京北方大河儀器儀表有限公司資料） 顯示方法顯示方法128128* *32 LCD 32 LCD 點(diǎn)陣液晶顯示（帶背光）點(diǎn)陣液晶顯示（帶背光） 顯示位數(shù)：四位顯示位數(shù)：四位 測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：0.80.8200mm 200mm 示值精度：示值精度：0.1mm 0.1mm 聲速范圍：聲速范圍：1000 1000 9999m/s 9999m/s 測(cè)量周期：測(cè)量周期：2 2次次/ /秒秒 自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)間：自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)間：9090秒秒 電源：二節(jié)七號(hào)（電源：二節(jié)七號(hào)（AAAAAA）電池，）電池，可連續(xù)工作不少于可連續(xù)工作不少于7272小時(shí)小時(shí) 使用溫

26、度：使用溫度：-10-10C C 40 40C C 存儲(chǔ)溫度：存儲(chǔ)溫度：-20-20C C 70 70C C 外形尺寸：外形尺寸：108x61x25mm 108x61x25mm 重量：重量：230g 230g （含電池）（含電池）超聲波測(cè)厚（續(xù)）超聲波測(cè)厚（續(xù)）石料測(cè)厚石料測(cè)厚超聲波手持式測(cè)厚超聲波手持式測(cè)厚混凝土測(cè)厚混凝土測(cè)厚木材測(cè)厚木材測(cè)厚小提琴小提琴 木料測(cè)厚木料測(cè)厚雙晶超聲波測(cè)厚探頭雙晶超聲波測(cè)厚探頭雙晶超聲波測(cè)厚探頭（續(xù)）雙晶超聲波測(cè)厚探頭（續(xù)）超聲波測(cè)量液位和物位原理超聲波測(cè)量液位和物位原理 在液罐上方安裝空在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲

27、波的往返收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測(cè)得液體的液時(shí)間，就可測(cè)得液體的液面。面。 超聲波液位計(jì)原理超聲波液位計(jì)原理 1 1液面液面 22直管直管 33空氣超聲探頭空氣超聲探頭 44反射小板反射小板 55電子開(kāi)關(guān)電子開(kāi)關(guān) 根據(jù)顯示波形計(jì)算液位根據(jù)顯示波形計(jì)算液位超聲波測(cè)量液位和物位超聲波測(cè)量液位和物位 喇叭形喇叭形 超聲發(fā)生器超聲發(fā)生器超聲防盜報(bào)警器超聲防盜報(bào)警器 圖中的圖中的上半部分為發(fā)射電路上半部分為發(fā)射電路，下半部分下半部分為接收電路為接收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率。發(fā)射器發(fā)射出頻率 f=40kHz40kHz左右左右的超聲波。如果有人進(jìn)入信號(hào)的有效區(qū)域，相的超聲波。如果有人進(jìn)入信號(hào)的有效區(qū)域

28、，相對(duì)速度為對(duì)速度為 v，從人體反射回接收器的超聲波將從人體反射回接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移 f。 第四節(jié)第四節(jié) 無(wú)損探傷無(wú)損探傷 一、無(wú)損探傷的基本概一、無(wú)損探傷的基本概念念 人們?cè)谑褂酶鞣N人們?cè)谑褂酶鞣N材料（尤其是金屬材料）材料（尤其是金屬材料）的長(zhǎng)期實(shí)踐中，觀察到的長(zhǎng)期實(shí)踐中，觀察到大量的斷裂現(xiàn)象，它曾大量的斷裂現(xiàn)象，它曾給人類(lèi)帶來(lái)許多災(zāi)難事給人類(lèi)帶來(lái)許多災(zāi)難事故。涉及艦船、飛機(jī)、故。涉及艦船、飛機(jī)、軸類(lèi)、壓力容器、宇航軸類(lèi)、壓力容器、宇航器、核設(shè)備等。器、核設(shè)備等。 路軌斷裂事故路軌斷裂事故簡(jiǎn)介無(wú)損探傷的幾種方法簡(jiǎn)介無(wú)損探傷的幾種方法

29、對(duì)缺陷的檢測(cè)手段有對(duì)缺陷的檢測(cè)手段有破壞性試驗(yàn)破壞性試驗(yàn)和和無(wú)無(wú)損探傷損探傷。由于無(wú)損探傷以不損壞被檢驗(yàn)對(duì)。由于無(wú)損探傷以不損壞被檢驗(yàn)對(duì)象為前提，所以得到廣泛應(yīng)用。象為前提，所以得到廣泛應(yīng)用。 無(wú)損檢測(cè)的方法有無(wú)損檢測(cè)的方法有磁粉檢測(cè)法、電渦磁粉檢測(cè)法、電渦流法、熒光染色滲透法、放射線(xiàn)（流法、熒光染色滲透法、放射線(xiàn)（x x光、中光、中子）照相檢測(cè)法、超聲波探傷法子）照相檢測(cè)法、超聲波探傷法等。等。 磁粉檢測(cè)法（對(duì)內(nèi)部裂磁粉檢測(cè)法（對(duì)內(nèi)部裂紋的檢測(cè)靈敏度不高）紋的檢測(cè)靈敏度不高）磁懸液磁懸液磁粉檢測(cè)儀磁粉檢測(cè)儀 將將磁懸液磁懸液噴灑在工件表面噴灑在工件表面，將，將電流檢測(cè)頭壓在在被測(cè)工件上電流檢

30、測(cè)頭壓在在被測(cè)工件上，通以百安培的電流通以百安培的電流，工件中將產(chǎn)工件中將產(chǎn)生磁場(chǎng)生磁場(chǎng)，工件表面的裂紋可因，工件表面的裂紋可因磁磁粉的不均勻分布而顯示出來(lái)粉的不均勻分布而顯示出來(lái)。X X光探傷光探傷（有輻射危險(xiǎn)）（有輻射危險(xiǎn)） 將將X X光發(fā)生器對(duì)準(zhǔn)被測(cè)位置，將光發(fā)生器對(duì)準(zhǔn)被測(cè)位置，將感光片感光片貼在物體背面貼在物體背面，人離開(kāi)后通上高壓電人離開(kāi)后通上高壓電，再將再將感光片沖洗出影像感光片沖洗出影像，即可觀察到缺陷。，即可觀察到缺陷。計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)( (CT) )探傷探傷（參考（參考中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所資料）中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所資料） CT

31、是基于是基于射射線(xiàn)與物質(zhì)的相互線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用作用原理，通過(guò)原理，通過(guò)投影重建方法獲投影重建方法獲取被檢測(cè)物體的取被檢測(cè)物體的數(shù)字圖像數(shù)字圖像，解決，解決了傳統(tǒng)了傳統(tǒng)X射線(xiàn)攝影射線(xiàn)攝影裝置的影像重疊、裝置的影像重疊、密度分辨率密度分辨率低等低等缺點(diǎn)。缺點(diǎn)。CT探傷成像探傷成像（參考（參考中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所資料）中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所資料）超聲波探傷超聲波探傷 超聲波探傷超聲波探傷是目前應(yīng)用十分是目前應(yīng)用十分廣泛的無(wú)損探傷廣泛的無(wú)損探傷手段。它既手段。它既可檢可檢測(cè)材料表面的缺測(cè)材料表面的缺陷陷，又可檢測(cè)內(nèi)又可檢測(cè)內(nèi)部幾米深的缺陷部幾米深的缺陷，這是這是X光探傷所光探傷所達(dá)不到的達(dá)不到的深度深度。 A型型超聲探傷超聲探傷反射波形反射波形裂紋裂紋耦