超聲波傳感器

1、第四章第四章 超聲波傳感器超聲波傳感器 本章主要學(xué)習(xí)本章主要學(xué)習(xí)超聲波的物超聲波的物理特性理特性，著重了解超聲波在檢，著重了解超聲波在檢測技術(shù)中的一些測技術(shù)中的一些應(yīng)用應(yīng)用，也涉及，也涉及無損探傷無損探傷的設(shè)備及方法。的設(shè)備及方法。概述：概述： 聲波的分類聲波的分類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，人耳聽不到，但可與赫茲的聲波，人耳聽不到，但可與人體器官發(fā)生共振，人體器官發(fā)生共振，78Hz的次聲波會引起人的恐怖感，動作的次聲波會引起人的恐怖感，動作不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)致心臟停止跳動。不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)致心臟停止跳動。 自然界自然界：地震、海上風(fēng)暴、火山爆發(fā)、龍卷風(fēng)等。：

2、地震、海上風(fēng)暴、火山爆發(fā)、龍卷風(fēng)等。 人類活動人類活動：核爆炸、導(dǎo)彈飛行、汽車爭馳、高樓和大橋搖：核爆炸、導(dǎo)彈飛行、汽車爭馳、高樓和大橋搖晃等?；蔚取?.2.可聞聲波可聞聲波 美妙的音樂可使人陶醉。美妙的音樂可使人陶醉。 聲的頻率在聲的頻率在20赫茲赫茲-20000赫茲之間，響度在赫茲之間，響度在0分分貝貝-110分貝之間，正常人都能聽得到，這樣的聲音稱分貝之間，正常人都能聽得到，這樣的聲音稱為可聞聲波。為可聞聲波。3.3.超聲波超聲波 蝙蝠蝙蝠能發(fā)出和能發(fā)出和聽見超聲聽見超聲波。波。 頻率高于頻率高于20000赫茲的聲波，它的方向性好，赫茲的聲波，它的方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲

3、能，在水中傳播穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、距離遠，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等殺菌消毒等。蝙蝠依靠超聲波捕食蝙蝠依靠超聲波捕食超聲波霧化器超聲波霧化器超聲波加濕器超聲波加濕器 在振幅相同的條件下，一個物體振在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點振動的頻率很高，因而能量很大。且可以被聚焦，具高，因而能量很大。且可以被聚焦，具有能量集中的特點。有能量集中的特點。 劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用

4、小風(fēng)扇劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風(fēng)扇把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣濕度，這就是把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣濕度，這就是超聲波加超聲波加濕器濕器的原理的原理壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下，可得到較大壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下，可得到較大功率的超聲波，可以被聚焦。利用功率的超聲波，可以被聚焦。利用高頻振動波高頻振動波傳遞到兩個需焊傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成形成分子層之間的熔合分子層之間的熔合。能用于集成電路及塑料的焊接。能用于集成電路及塑料的

5、焊接。 超聲波塑料超聲波塑料焊接機焊接機超聲波金絲超聲波金絲焊接機焊接機 超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質(zhì)的分界面時，能產(chǎn)生明顯的反射和遇到兩種介質(zhì)的分界面時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。便攜式超聲波便攜式超聲波探魚器探魚器超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用 胎兒的胎兒的 B超影像超影像頻率高，波長短，衍射不頻率高，波長短，衍射不嚴(yán)重，具有良好的定向性嚴(yán)重，具有良好的定向性超聲波用于高效清洗超聲波用于高效清洗n超聲波清洗機原理主要是通過換能器，將功率超聲超聲波清洗機原理主要是通過

6、換能器，將功率超聲頻源的頻源的聲能轉(zhuǎn)換成機械振動聲能轉(zhuǎn)換成機械振動，通過清洗槽壁將超聲，通過清洗槽壁將超聲波輻射到槽子中的清洗液。由于受到超聲波的輻射，波輻射到槽子中的清洗液。由于受到超聲波的輻射，使槽內(nèi)液體中的微氣泡能夠在聲波的作用下從而保使槽內(nèi)液體中的微氣泡能夠在聲波的作用下從而保持振動。持振動。n當(dāng)聲壓或者聲強受到壓力到達一定程度時候，氣泡當(dāng)聲壓或者聲強受到壓力到達一定程度時候，氣泡就會迅速膨脹，然后又突然閉合。在這段過程中，就會迅速膨脹，然后又突然閉合。在這段過程中，氣泡閉合的瞬間產(chǎn)生沖擊波，使氣泡閉合的瞬間產(chǎn)生沖擊波，使氣泡周圍產(chǎn)生氣泡周圍產(chǎn)生1012-1013Pa的壓力及局調(diào)溫的壓

7、力及局調(diào)溫，這種，這種超聲波空化超聲波空化所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的巨大壓力能破壞不溶性污物而使他們分化于溶液中。巨大壓力能破壞不溶性污物而使他們分化于溶液中。 超聲波清洗原理及清洗器超聲波清洗原理及清洗器（參考湖南省瀏陽市醫(yī)用儀具廠（參考湖南省瀏陽市醫(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的機械振動波稱為超聲的機械振動波稱為超聲波。它的指向性很好，能量集中，因此穿波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大，能穿透幾米厚的鋼板，而能量透本

8、領(lǐng)大，能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。在遇到兩種介質(zhì)的分界面（例損失不大。在遇到兩種介質(zhì)的分界面（例如鋼板與空氣的交界面）時，能產(chǎn)生明顯如鋼板與空氣的交界面）時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，超聲波的頻率越高，的反射和折射現(xiàn)象，超聲波的頻率越高，其聲場指向性就愈好。其聲場指向性就愈好。超聲波的波型超聲波的波型分類分類 超聲波的傳播波型主要可分為超聲波的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種?？v波、橫波、表面波等幾種。 縱波縱波是質(zhì)點的振動方向與傳播方向同軸的波，如聲波。是質(zhì)點的振動方向與傳播方向同軸的波，如聲波?？v波傳播是由于介質(zhì)中各質(zhì)點發(fā)生壓縮和拉伸的變形，并縱波傳播是由于介質(zhì)中各質(zhì)點

9、發(fā)生壓縮和拉伸的變形，并產(chǎn)生使質(zhì)點回復(fù)原狀的縱向彈性力而實現(xiàn)的。因此只能在產(chǎn)生使質(zhì)點回復(fù)原狀的縱向彈性力而實現(xiàn)的。因此只能在拉伸壓縮的彈性的介質(zhì)中傳播，如聲波能在固體、液體、拉伸壓縮的彈性的介質(zhì)中傳播，如聲波能在固體、液體、氣體中傳播。氣體中傳播。橫波橫波： 質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直，質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向相互垂直，如電磁波。如電磁波。 固體有切變彈性，固體有切變彈性，所以在固體中能傳播所以在固體中能傳播橫波，液體和氣體沒橫波，液體和氣體沒有切變彈性，因此只有切變彈性，因此只能傳播縱波，而不能能傳播縱波，而不能傳播橫波。傳播橫波。表面波表面波是當(dāng)固體介質(zhì)表面受到交替變化的表面

10、張力作用時，是當(dāng)固體介質(zhì)表面受到交替變化的表面張力作用時，質(zhì)點作相應(yīng)的縱橫向復(fù)合振動；此時，質(zhì)點振動所引起的波質(zhì)點作相應(yīng)的縱橫向復(fù)合振動；此時，質(zhì)點振動所引起的波動傳播只在固體介質(zhì)表面進行，故稱表面波。表面波是橫波動傳播只在固體介質(zhì)表面進行，故稱表面波。表面波是橫波和縱波的復(fù)合，和縱波的復(fù)合， 屬于機械波。屬于機械波。 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) 超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器的工作原超聲波換能器又稱超聲波探頭。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，在檢測技術(shù)中主理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測技術(shù)中主要采用壓電式。超聲

11、波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、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、水浸探頭、高溫探頭、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)探頭以及其他專用探頭等?？諝鈧鲗?dǎo)探頭以及其他專用探頭等。 自發(fā)極化可以在外電場的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)變。因此當(dāng)給具有壓電性的電介質(zhì)加上自發(fā)極化可以在外電場的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)變。因此當(dāng)給具有壓電性的電介質(zhì)加上外電場時會發(fā)生變化外電場時會發(fā)生變化, 壓電陶瓷會有變形。然而壓電陶瓷會有變形。然而, 壓電陶瓷會有變形壓電陶瓷會有變形, 是因為是因為當(dāng)當(dāng)加上與自發(fā)極化相同的外電場時加上與自發(fā)極化相同的外電場時, 相當(dāng)

12、于增強了極化強度。極化強度的增大使壓相當(dāng)于增強了極化強度。極化強度的增大使壓電陶瓷片沿極化方向伸長電陶瓷片沿極化方向伸長。如果加反向電場。如果加反向電場,則陶瓷片沿極化方向縮短。這種由則陶瓷片沿極化方向縮短。這種由于電效應(yīng)轉(zhuǎn)變成機械效應(yīng)的現(xiàn)象是逆壓電效應(yīng)。于電效應(yīng)轉(zhuǎn)變成機械效應(yīng)的現(xiàn)象是逆壓電效應(yīng)。 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設(shè)備有限公司資料）（以下參考常州市常超檢測設(shè)備有限公司資料）常用頻率范圍：常用頻率范圍：0.50.510MHz10MHz，常見晶片直徑：常見晶片直徑：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)

13、） 外殼用金屬制外殼用金屬制作，保護膜用硬度作，保護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。 保護膜保護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）的有機玻璃斜楔塊上，當(dāng)斜楔塊與不同材等）的有機玻璃斜楔塊上，當(dāng)斜楔塊與不同材料的被測介質(zhì)（試件）接觸時，超聲波將產(chǎn)生一料的被測介質(zhì)（試件）接觸時，超聲波將產(chǎn)生一定角度的折射，傾斜入

14、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，而傳播到較遠處去。次反射，而傳播到較遠處去。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 將兩個單晶探頭組合將兩個單晶探頭組合裝配在同一殼體內(nèi)，其中裝配在同一殼體內(nèi)，其中一片發(fā)射超聲波，另一片一片發(fā)射超聲波，另一片接收超聲波。兩晶片之間接收超聲波。兩晶片之間用一片吸聲性能強、絕緣用一片吸聲性能強、絕緣性能好的薄片加以隔離。性能好的薄片加以隔離。雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜些，但檢測精度比單晶直些，但檢測

15、精度比單晶直探頭高，且超聲信號的反探頭高，且超聲信號的反射和接收的控制電路較單射和接收的控制電路較單晶直探頭簡單。晶直探頭簡單。 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（是一種單晶縱波探頭，帶有一個在聲學(xué)特性上與水相配的（是一種單晶縱波探頭，帶有一個在聲學(xué)特性上與水相配的 1/41/4波長的層。這種探頭是為使超聲波在部分或全部浸在水波長的層。這種探頭是為使超聲波在部分

16、或全部浸在水中的被測工件中傳播而特別設(shè)計的。）中的被測工件中傳播而特別設(shè)計的。） 選擇聲透鏡形狀，可決定聚選擇聲透鏡形狀，可決定聚焦形式為點聚焦或線聚焦。焦形式為點聚焦或線聚焦。聚焦探頭聚焦探頭 由于超聲波的波長很短（由于超聲波的波長很短（毫米毫米數(shù)量級），所以數(shù)量級），所以它也類似光波，可以被聚焦成十分細的聲束，其直它也類似光波，可以被聚焦成十分細的聲束，其直徑可小到徑可小到1mm左右，可以分辨試件中細小的缺陷，左右，可以分辨試件中細小的缺陷，這種探頭稱為聚焦探頭。這種探頭稱為聚焦探頭。 聚焦探頭采用曲面晶片來發(fā)出聚焦的超聲波；聚焦探頭采用曲面晶片來發(fā)出聚焦的超聲波；也可以采用兩種不同聲速的

17、塑料來制作聲透鏡；也也可以采用兩種不同聲速的塑料來制作聲透鏡；也可以利用類似光學(xué)反射鏡的原理制作聲凹面鏡來聚可以利用類似光學(xué)反射鏡的原理制作聲凹面鏡來聚焦超聲波。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應(yīng)用應(yīng)用 自動掃查。自動掃查。 在線厚度測量。在線厚度測量。 高速探測管道、棒材、管件、平板及其它高速探測管道、棒材、管件、平板及其它類似部件中的缺陷。類似部件中的缺陷。 穿透檢測。穿透檢測。 材料分析及聲速測量材料分析及聲速測量。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壓電陶瓷的主要性能指標(biāo)壓電陶瓷的主要性能指標(biāo) 1) 介電常數(shù)介電常數(shù) ：10006

18、000 2) 壓電靈敏度壓電靈敏度D33 ：300600pC/N 3) 機械品質(zhì)因素機械品質(zhì)因素Q：1002000 4) 居里溫度居里溫度：300400 C 5）靜電容：）靜電容：1000 100000pF（與面積有關(guān)）（與面積有關(guān)） 6）頻率范圍：）頻率范圍： 用于超聲清洗：用于超聲清洗：30100KHz 用于探傷儀及流量計：用于探傷儀及流量計：2.55MHz 用于霧化器：用于霧化器：12MHz物質(zhì)的介電常數(shù)可以判別高分子材料的極性大小 耦合劑耦合劑 超聲探頭與被測物體接觸時，探頭與被測物超聲探頭與被測物體接觸時，探頭與被測物體表面間存在一層空氣薄層，空氣將引起三個界體表面間存在一層空氣薄層

19、，空氣將引起三個界面間強烈的雜亂反射波，造成干擾，并造成很大面間強烈的雜亂反射波，造成干擾，并造成很大的衰減。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉，的衰減。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉，使超聲波能順利地入射到被測介質(zhì)中。在工業(yè)中，使超聲波能順利地入射到被測介質(zhì)中。在工業(yè)中，經(jīng)常使用一種稱為耦合劑的液體物質(zhì)，使之充滿經(jīng)常使用一種稱為耦合劑的液體物質(zhì)，使之充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有自來水、機油、甘油、水玻璃、膠水、化合劑有自來水、機油、甘油、水玻璃、膠水、化學(xué)漿糊等。學(xué)漿糊等。 空空氣氣超超聲聲探探頭頭 a a） 超聲發(fā)射器超

20、聲發(fā)射器 b b）超聲接收器）超聲接收器 1 1外殼外殼 2 2金屬絲網(wǎng)罩金屬絲網(wǎng)罩 3 3錐形共振盤錐形共振盤 4 4壓電晶片壓電晶片 5 5引腳引腳 6 6阻抗匹配器阻抗匹配器 7 7超聲波束超聲波束 將將數(shù)百伏數(shù)百伏的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效逆壓電效應(yīng)應(yīng)，使晶片發(fā)射出持續(xù)時間很短的超聲振動波。當(dāng)超聲波經(jīng)，使晶片發(fā)射出持續(xù)時間很短的超聲振動波。當(dāng)超聲波經(jīng)被測物反射回到壓電晶片時，利用被測物反射回到壓電晶片時，利用壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)，將機械振動波，將機械振動波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓?？諝獬曁筋^（續(xù)）空氣超聲探頭

21、（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物當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測物兩側(cè)時，這種類型稱為兩側(cè)時，這種類型稱為透射型透射型。透射型可用。透射型可用于遙控器、防盜報警器、接近開關(guān)等。超聲于遙控器、防盜報警器、接近開關(guān)等。超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型反射型，反，反射型可用于接近開關(guān)、測距、測液位或物位、射型可用于接近開關(guān)、測距、測液位或物位、金屬探傷以及測厚等。金屬探傷以及測厚

22、等。 超聲波傳感器應(yīng)用舉例超聲波傳感器應(yīng)用舉例 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)）質(zhì)量檢查質(zhì)量檢查緊固件的安裝錯誤檢測緊固件的安裝錯誤檢測疊放疊放高度測量高度測量超聲波傳感器應(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)）物件放置錯誤檢測物件放置錯誤檢測超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）透明塑料張力控制透明塑料張力控制機械手定機械手定位位超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）紙卷直徑檢測紙卷直徑檢測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)

23、）平整度測量平整度測量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超長距離檢測超長距離檢測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)）流水線計數(shù)流水線計數(shù)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)）一、一、超聲波流量計超聲波流量計 F1發(fā)射的超聲波先到達發(fā)射的超聲波先到達 T1 因超聲波流量計在流通通道中未設(shè)置任何阻礙件，因超聲波流量計在流通通道中未設(shè)置任何阻礙件，均屬無阻礙均屬無阻礙流量計流量計，是適于解決流量測量困難問題的一，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點類流量計，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點。 測量流量原理

24、分類測量流量原理分類 時間差法測量流量原理：在被測管道上下時間差法測量流量原理：在被測管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對超聲波發(fā)射和游的一定距離上，分別安裝兩對超聲波發(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 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，測量兩接收探頭上超聲波傳播的速度的不同，測量兩接收探頭上超聲波傳播的時間差時間差 t t，可得到流體的平均速度及流

25、量。，可得到流體的平均速度及流量。 F1發(fā)射的超聲波到達發(fā)射的超聲波到達 F2的時間較短的時間較短 頻率差法測量流量原理頻率差法測量流量原理： F1、F2 是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過電子開關(guān)的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器與接通過電子開關(guān)的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器與接收器用?？梢詼y得收器用。可以測得F1的脈沖重復(fù)頻率為的脈沖重復(fù)頻率為f1和和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)射頻率與逆流發(fā)射頻率f2的頻率的頻率差差 f與被測流速與被測流速v成正比成正比 。F2F1 發(fā)射、接收探頭發(fā)射、接收探頭

26、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)，交替接收反射回來的聲脈沖信號交替接收反射回來的聲脈沖信號同側(cè)式同側(cè)式超聲波流量計的使用超聲波流量計的使用 （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）超聲波流量計現(xiàn)場使用超聲波流量計現(xiàn)場使用超聲波多普勒測量車速超聲波多普勒測量車速多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng) 前進方向的前進方向的頻率升高頻率升高 如果波源和觀察如果波源和觀察者之間有相對運動，者之間有相對運動，那么觀察者接收到的那么觀察者接收到的頻頻率率和波源的頻率就和波源的頻率就不相同了，這種現(xiàn)象不相同了，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。測叫做多普勒效應(yīng)。測出出 f 就可得到運動速就可得

27、到運動速度。度。超聲波多普勒測量風(fēng)速超聲波多普勒測量風(fēng)速風(fēng) 風(fēng)引起超聲波的頻率風(fēng)引起超聲波的頻率變大或變小變大或變小超聲波測距超聲波測距 空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達被測物時，空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達被測物時，被反射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測被反射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間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），就是超聲脈沖在被測距離所經(jīng)歷的路程，除以在被測距離所經(jīng)歷的路程，除以2 2就得到距離。就得到距離。 超聲波測厚超聲波

28、測厚 雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動脈沖，超聲脈沖到達試件底面時，被反動脈沖，超聲脈沖到達試件底面時，被反射回來，并被另一只壓電晶片所接收。只射回來，并被另一只壓電晶片所接收。只要測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈要測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間沖所需的時間t t，再乘以被測體的聲速常數(shù)，再乘以被測體的聲速常數(shù)c c，就是超聲脈沖在被測件中所經(jīng)歷的來回，就是超聲脈沖在被測件中所經(jīng)歷的來回距離，再除以距離，再除以2 2，就得到厚度，就得到厚度 ： 5-7 21ct手持式超聲波測手持式超聲波測厚儀厚儀某超聲波測厚儀指標(biāo)某超聲波測厚儀指標(biāo) （參考北

29、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 點陣液晶顯示（帶背光）點陣液晶顯示（帶背光） 顯示位數(shù)：四位顯示位數(shù)：四位 測量范圍：測量范圍：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 測量周期：測量周期：2 2次次/ /秒秒 自動關(guān)機時間：自動關(guān)機時間：9090秒秒 電源：二節(jié)七號（電源：二節(jié)七號（AAAAAA）電池，）電池，可連續(xù)工作不少于可連續(xù)工作不少于7272小時小時 使用溫度：使用溫度：-

30、10-10C C 40 40C C 存儲溫度：存儲溫度：-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）超聲波測厚超聲波測厚石料測厚石料測厚超聲波手持式測厚超聲波手持式測厚混凝土測厚混凝土測厚木材測厚木材測厚小提琴小提琴 木料測厚木料測厚雙晶超聲波測厚探頭雙晶超聲波測厚探頭雙晶超聲波測厚探頭（續(xù)）雙晶超聲波測厚探頭（續(xù)）超聲波測量液位和物位原理超聲波測量液位和物位原理 在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時間，就可

31、測得超聲波的往返時間，就可測得液體的液面。液體的液面。 超聲波測量液位和物位超聲波測量液位和物位 喇叭形喇叭形 超聲發(fā)生器超聲發(fā)生器超聲防盜報警器超聲防盜報警器 圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率 f=40kHz40kHz左右的超左右的超聲波。如果有人進入信號的有效區(qū)域，相對速聲波。如果有人進入信號的有效區(qū)域，相對速度為度為 v，從人體反射回接收器的超聲波將由于，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)生頻率偏移多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移 f。 第四節(jié)第四節(jié) 無損探傷無損探傷 一、無損探傷的基本概念一、無

32、損探傷的基本概念 人們在使用各種材料人們在使用各種材料（尤其是金屬材料）的長（尤其是金屬材料）的長期實踐中，觀察到大量的期實踐中，觀察到大量的斷裂現(xiàn)象，它曾給人類帶斷裂現(xiàn)象，它曾給人類帶來許多災(zāi)難事故，涉及艦來許多災(zāi)難事故，涉及艦船、飛機、軸類、壓力容船、飛機、軸類、壓力容器、宇航器、核設(shè)備等。器、宇航器、核設(shè)備等。 路軌斷裂事故路軌斷裂事故無損探傷的方法無損探傷的方法 對缺陷的檢測手段有破壞性試驗和無損對缺陷的檢測手段有破壞性試驗和無損探傷。由于無損探傷以不損壞被檢驗對象為探傷。由于無損探傷以不損壞被檢驗對象為前提，所以得到廣泛應(yīng)用。前提，所以得到廣泛應(yīng)用。 無損檢測的方法有磁粉檢測法、電渦流無損檢測的方法有磁粉檢測法、電渦流法、熒光染色滲透法、放射線（法、熒光染色滲透法、放射線（x x光、中子）光、中子）照相檢測法、超聲波探傷法等。照相檢測法、超聲波探傷法等