超聲波微波傳感器

1、超聲波微波傳感器第1頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三2、超聲波的傳播速度（1）氣體和液體中的聲速。由于氣體和液體中剪切模量為零，因而在氣體和液體中沒有橫波，只能傳播縱波液體的縱波聲速C為氣體的縱波聲速C為（2）、固體中的聲速。在固體中，其傳播速度分為三種情況：縱波聲速；在固體中，當(dāng)固體是細(xì)棒時(shí)，聲速為 當(dāng)固體是薄板時(shí)，聲速為如果是無(wú)限介質(zhì)，則聲速為橫波聲速；對(duì)于無(wú)限介質(zhì)的固體，其橫波聲速為表面波聲速第2頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三（二） 超聲波 的物理性質(zhì) 1、超聲波的反射和折射當(dāng)聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時(shí)，在兩介質(zhì)的分界面上，一部

2、分能量反射回原介質(zhì)，稱為反射波；另一部分能量透射過界面，在另一個(gè)介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播，稱為折射波。如圖1214所示（1）反射定律 入射角與反射角，的正弦之比等于入射波與反射波的速度之比（2）折射定律 入射角的正弦與折射角的正弦之比等于介質(zhì)1中入射波的波速C1與介質(zhì)2中折射波的波速C2之比。 第3頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三 2、超聲波的衰減 在平面波的情況下，距離聲源X處的聲壓PX和聲強(qiáng)IX的衰減規(guī)律如下： PX=P0e-x IX=I0e-2x 3、超聲波的波型轉(zhuǎn)換 當(dāng)超聲波以某一角度入矩到第二介質(zhì)（固體）界面時(shí)，除有縱波的反射波、折射波以外，還有橫波的反射和折射，如

3、圖1215所示。在一定條件下，還能產(chǎn)生表面波。它們符合幾何光學(xué)中的反射定律。第4頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三（三） 超聲波傳感器超聲波傳感器是實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的裝置，又稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器分為發(fā)射換能器和接收換能器，其中發(fā)射換能器作用是把其它形式的能量轉(zhuǎn)換成超聲波的能量；接收換能器的作用是把超聲波的能量轉(zhuǎn)換成易于檢測(cè)的電能量。超聲波探頭按其結(jié)構(gòu)可分為直探頭、斜探頭、雙探頭和液浸探頭。 超聲波傳感器按工作原理又可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等 圖1216為壓電式探頭 ；圖1217為磁致伸縮探頭。第5頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14

4、分，星期三（四） 超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用 2、超聲波測(cè)液位圖示1219所示為脈沖回波式 測(cè)量液位的工作原理圖。圖1220所示為超聲波定點(diǎn)式液位計(jì)， 1、超聲波測(cè)厚儀利用超聲波檢測(cè)厚度的方法有共振法、干涉法、脈沖回波法等。圖1218為脈沖回波法檢測(cè)厚度的原理圖。 第6頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三3、超聲波探傷圖1221所示為用透射法檢測(cè)金屬材料內(nèi)部缺陷。圖1222所示的方法對(duì)板材進(jìn)行檢測(cè)，圖1223所示為脈沖回波式探傷儀原理圖。第7頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三4、超聲波測(cè)溫（1）脈沖傳播時(shí)間測(cè)量法。如圖1224所示。 （2）脈沖回嗚法如圖

5、1225所示。（3）相位比較測(cè)量法 圖1226為相位比較法測(cè)量原理圖。 第8頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三 5、聲納聲納（Sonar）是一種水聲學(xué)儀器。它的聲音發(fā)射器發(fā)出的聲波或超聲波在水中的傳播，當(dāng)遇到 障礙物時(shí)發(fā)生反射，經(jīng)聲音接收器接收，通過信號(hào)處理能測(cè)知障礙物的位置和距離。 6、超聲波測(cè)流量（流速）超聲波在靜止和流動(dòng)的液體中的傳播速度是不同的，進(jìn)而形成傳播時(shí)間和相位上的變化，由此可求得液體的流速和流量。圖1228所示為超聲波測(cè)流體流量的工作原理圖。 第9頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三6、超聲波測(cè)流量（流速） 有以下幾種方法 ：（1）

6、時(shí)差法測(cè)流速（2）相位差法測(cè)流速（3）頻率差法測(cè)流速 7、油井超聲波成像測(cè)試超聲電視測(cè)井系統(tǒng)是利用一個(gè)旋轉(zhuǎn)的超聲探頭向井壁發(fā)射超聲脈沖，檢測(cè)回波的強(qiáng)弱進(jìn)行調(diào)制成像。整個(gè)系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備和室內(nèi)圖像處理設(shè)備兩大部分。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備的原理框圖如圖1229所示。第10頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三8、超聲波診斷儀（1）振幅（Amplitude）型超聲波診斷儀振幅型超聲波診斷儀即A超，其原理如圖1230所示，（2）超聲波心動(dòng)圖儀。又稱為M型超聲診斷儀或超聲波心動(dòng)圖儀。如圖1231所示， （3）B型超聲波診斷儀。B超接收兩種信號(hào)：一為超聲回波的強(qiáng)度信息，二是超聲探頭的位置信息

7、。 超聲診斷描述的主要性能參數(shù)：分辨力 ；穿透深度 ；工作頻率 ；幀頻 第11頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三五、 微波傳感器 （一） 微波的基礎(chǔ)知識(shí)微波對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)的電磁波具有下列特點(diǎn)：（1）空間輻射裝置容易制造；（2）遇到各種障礙物易于反射；（3）繞射能力差；（4）傳輸特性良好，傳輸過程中受煙、灰塵、強(qiáng)光等影響小；（5）介質(zhì)對(duì)微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對(duì)微波的吸收作用最強(qiáng)。常用的天線有喇叭形天線、拋物面天線、介質(zhì)天線與隙縫天線等，如圖1233所示。第12頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三（二） 微波傳感器 微波傳感器可分為反射式與

8、遮斷式兩種。1、反射式傳感器 ；2、遮斷式傳感器 微波傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）測(cè)量具有非接觸性，可以進(jìn)行活體檢測(cè)，大部分測(cè)量不需要取樣。（2）快速，靈敏度高，捕捉信息快，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)和適時(shí)處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。（3）能夠在高溫、高壓、有毒、放射性以及惡劣天氣等惡劣環(huán)境下檢測(cè)。（4）輸出信號(hào)不需要變換，便于與計(jì)算機(jī)接口。（5）輸出信號(hào)可以方便地調(diào)制在載波信號(hào)上進(jìn)行無(wú)線發(fā)射與接收，從而實(shí)現(xiàn)遙測(cè)與遙控。微波傳感器由微波源MS、轉(zhuǎn)換器T和接收器R組成，如圖1234所示。 第13頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三（三） 微波傳感器的應(yīng)用1、微波測(cè)厚儀圖1235為微波測(cè)厚儀原理圖。該測(cè)厚儀利用微波在傳播過程中遇到金屬表面會(huì)被反射，且反射波的波長(zhǎng)和速度都不變的特性進(jìn)行測(cè)量。 2、微波濕度（水分）傳感器圖1236示出了一臺(tái)測(cè)量酒精含水量的儀器方框圖， 第14頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三3、微波液位計(jì)圖1237為微波液位計(jì)示意圖。 4、微波式物位計(jì)微波開關(guān)式物位計(jì)示意圖如圖1238所示。 5、微波多普勒傳感器利用多普勒效應(yīng)可以探測(cè)運(yùn)動(dòng)物體的速度、方向與方位。 第15頁(yè)，共16頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)14分，星期三6