第10章超聲波傳感器

10.1超聲波及其物理性質(zhì)10.2超聲波傳感器10.3超聲波傳感器的應(yīng)用第10章超聲波傳感器第10章超聲波傳感器

功率超聲：用超聲波使物體或物性變化的功率應(yīng)用。檢測(cè)超聲：用超聲波獲取若干信息。超聲波技術(shù)應(yīng)用：超聲探傷、超聲清洗、超聲焊接、超聲監(jiān)測(cè)、超聲醫(yī)療等。高于20000Hz的機(jī)械波，稱(chēng)之為超聲波。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。10.1超聲波及其物理性質(zhì)

振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱(chēng)為波動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)波。頻率在16~2×104Hz之間，能為人耳所聞的機(jī)械波,稱(chēng)為聲波；低于16Hz的機(jī)械波,稱(chēng)為次聲波；高于2×104Hz的機(jī)械波,稱(chēng)為超聲波。

頻率在3×108～3×1011Hz之間的波，稱(chēng)為微波。

一、超聲波的波形及其轉(zhuǎn)換聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向的不同,聲波的波型也不同。通常有:①縱波——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波；②橫波——質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波；③表面波——質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于橫波與縱波之間，沿著表面?zhèn)鞑?，振幅隨著深度的增加而迅速衰減的波。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體、液體和氣體中傳播,表面波只能在固體表面?zhèn)鞑ァ＃?0-2）二、超聲波的反射和折射

三、超聲波的衰減聲壓和聲強(qiáng)的衰減規(guī)律Px=P0e-αx（10-7）Ix=I0e-2αx（10-8）式中:Px、Ix——距聲源x處的聲壓和聲強(qiáng);x——聲波與聲源間的距離;α——衰減系數(shù),單位為Np/m（奈培/米）聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，其衰減的程度與聲波的擴(kuò)散、散射及吸收等因素有關(guān)。10.2超聲波傳感器超聲波傳感器：利用超聲波在超聲場(chǎng)中的物理特性和各種效應(yīng)而研制的裝置。又稱(chēng)為超聲波換能器、探頭、探測(cè)器。壓電式超聲波探頭分類(lèi)磁致伸縮式電磁式等

10.3超聲波傳感器的應(yīng)用

一、超聲波物位傳感器

反射式物位傳感器透射式→回聲測(cè)距原理超聲波發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波脈沖，在介質(zhì)中傳到相界面經(jīng)過(guò)反射后，再返回到接收換能器，這就是回聲測(cè)距原理。單換能器傳感器:發(fā)射和接收超聲波均使用一個(gè)換能器。雙換能器傳感器:發(fā)射和接收各由一個(gè)換能器擔(dān)任。對(duì)于單換能器來(lái)說(shuō),超聲波從發(fā)射到液面,又從液面反射到換能器的時(shí)間為式中:h——換能器距液面的距離;c——超聲波在介質(zhì)中傳播的速度。對(duì)于雙換能器來(lái)說(shuō),超聲波從發(fā)射到被接收經(jīng)過(guò)的路程為2s,s=（10-11）液位高度為（10-12）式中:s——超聲波反射點(diǎn)到換能器的距離;a——兩換能器間距之半。（10-9）（10-10）RL-TD超聲波液位計(jì)用途：

采用小功率、小盲區(qū)收發(fā)一體式進(jìn)口超聲波傳感器，通過(guò)測(cè)量時(shí)間差的原理，經(jīng)微處理器進(jìn)行信號(hào)處理精密計(jì)算，測(cè)得液料距離。主要測(cè)量液體液位高低如江河水位、廢水液位、罐裝液體液位、泥漿等,RL-TD超聲波液位計(jì)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于污水處理、電廠、化工廠、鋼廠、制藥廠、酒廠。本產(chǎn)品可用于有輕微防腐要求的環(huán)境中，該產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)已有近十年的應(yīng)用史，性能達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是降低費(fèi)用、替代進(jìn)口產(chǎn)品的理想選擇。工業(yè)殼體型

LU超聲波液位計(jì)用途：

美國(guó)原裝進(jìn)口產(chǎn)品，非接觸式二線制連續(xù)測(cè)量，超聲波液位計(jì)適合應(yīng)用在酸堿罐、油、污水罐測(cè)量，最大量程范圍達(dá)12m，是化工廠(酸咸液均可)、污水處理廠、制藥廠及環(huán)保部門(mén)液位測(cè)量的最佳選擇。

二、超聲波流量傳感器1.原理設(shè)順流方向的傳輸時(shí)間為t1，逆流方向的傳輸時(shí)間為t2，流體靜止時(shí)的超聲波傳輸速度為c，流體流動(dòng)速度為v，則t1=（10-13）t2=（10-14）超聲波傳播時(shí)間差為Δt=t2-t1=（10-15）由于c＞＞v,從上式可得到流體的流速:v=（10-16）換能器A、B與管道軸線夾角為θ，管徑為D，流體流速為v，換能器A發(fā)射，B接收時(shí)，超聲波的傳播速度為當(dāng)B發(fā)射而A接收時(shí)，超聲波傳播速度為c——流體靜止時(shí)的超聲波傳輸速度。消去c，得：

超聲波流量傳感器的測(cè)定方法：時(shí)差法、速差法、相差法、頻差法、多普勒法、相關(guān)法（1）時(shí)差法設(shè)L為兩換能器間的傳播距離，當(dāng)A發(fā)射，B接收，順流傳播時(shí)間為而B(niǎo)發(fā)射，A接收時(shí)，逆流傳播時(shí)間為時(shí)差為v＜＜c流體平均流速為

2．特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，對(duì)測(cè)量管道講無(wú)插入件，沒(méi)有流體附加阻力，不受介質(zhì)粘度、導(dǎo)電性及腐蝕性影響，另外，不論哪種方案，均為線性特性，容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化輸出及