超聲波式傳感器

9:17AM14.6超聲波式傳感器

機器魚自動避障模塊設(shè)計對于自動避障，本項目通過一個超聲波傳感器來實現(xiàn)。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲傳感器（收發(fā)一體化TR）發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來，再被超聲波傳感器接收，然后將這一接收信號放大后送入單片機。9:17AM24.6.1超聲波及其物理性質(zhì)

波動（簡稱波）：振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播聲波：其頻率在16~2×104Hz之間，能為人耳所聞的機械波次聲波：低于16Hz的機械波超聲波：高于2×104Hz的機械波微波：頻率在3×108~3×1011Hz之間的波9:17AM3圖：聲波的頻率界限圖9:17AM4

次聲波是頻率低于20赫茲的聲波，人耳聽不到，但可與人體器官發(fā)生共振，7~8Hz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。產(chǎn)生次聲波的聲源是相當(dāng)廣泛的，現(xiàn)在人們已經(jīng)知道的次聲源有：火山爆發(fā)、墜入大氣層中的流星、極光、地震、海嘯、臺風(fēng)、雷暴、龍卷風(fēng)、電離層擾動，等等。利用人工的方法也能產(chǎn)生次聲波，例如核爆炸、火箭發(fā)射、化學(xué)爆炸，等等。大面積瞬間殺人于無形的次聲波武器1.次聲波9:17AM51980年，一艘名叫“馬爾波羅”的帆船在由新西蘭駛往英國的途中突然神秘地失蹤；20年后，卻在火地島附近被人發(fā)現(xiàn)。船上的一切都原封不動、完好如初。就連已死多年的船員也都各就各位，保持著工作狀態(tài)。科學(xué)家對他們的神秘死亡引起了極大的關(guān)注，經(jīng)過長期研究，終于發(fā)現(xiàn)，原來他們正是死于海上風(fēng)暴產(chǎn)生的次聲。

次聲波的危害9:17AM61992年11月24日，桂林上空發(fā)生了一起空難，141人死亡。當(dāng)事件的原因經(jīng)多方解釋而未肯定之時，中國聲學(xué)研究所的專家，提出了存在著因“次聲波”的作用而致使飛機墜毀的可能性。桂林屬半丘陵地帶，氣團依山勢走向而上下浮動，引起氣流震動，會產(chǎn)生一種“山背波”的次聲波，當(dāng)飛機遇到這種危害極大的由次聲波引起的晴空湍流時，如同落入一個風(fēng)旋渦中，在擠壓力、沖力等多種強勁外力的作用下，將造成飛機失控、產(chǎn)生機毀人亡的惡果。還有研究結(jié)果表明，次聲波對飛機的影響還有一種“生物效應(yīng)”。該理論認(rèn)為，當(dāng)次聲波的頻率接近人體頻率時，就有可能產(chǎn)生“共振”，飛機駕駛員無法承受這種強烈的效應(yīng)，就有致命的危險。也就是說，此次空難的兇手很可能就是這種次聲波。

9:17AM7次聲波武器按照感官刺激分類，目前研制出來的次聲武器可分為兩種。一種是神經(jīng)型次聲武器，它通過發(fā)射頻率與人腦的“阿爾法節(jié)律”相近（約5Hz）的次聲波，刺激人的神經(jīng)，使人暈眩頭痛、精神錯亂。另一種是器官型次聲武器，通過發(fā)射頻率與人體內(nèi)臟固有頻率相當(dāng)（4～8Hz）的次聲波，使人出現(xiàn)惡心嘔吐、胃痛、呼吸困難等癥狀。

相對于傳統(tǒng)概念的武器，次聲波武器具有隱蔽性強、傳播速度快、傳播距離遠(yuǎn)、穿透力強、不污染環(huán)境和破壞設(shè)施等特點，從而被列為新概念武器家族的重要成員，勢必成為未來戰(zhàn)場上的武器新寵。

9:17AM8

早在上世紀(jì)60年代，發(fā)達國家就競相研究次聲波武器。1972年法國國家實驗中心制成一臺強次聲發(fā)生器，首次試驗就使5公里以內(nèi)的人員受到傷害。上世紀(jì)

80年代法國科學(xué)家加弗羅制出了一種“大哨笛”次聲發(fā)生器，聲壓級為160dB，能對人體器官產(chǎn)生損傷，當(dāng)時法國報紙稱它為“次聲槍”。1979年蘇聯(lián)秘密進行次聲炸彈試驗，由于當(dāng)時對其威力估計不足，又缺乏良好防護，造成數(shù)名現(xiàn)場人員死亡。法國科學(xué)家加夫雷奧聲波武器鼻祖9:17AM9美國更是不甘落后。美國陸軍武器研究室研制出一種可延伸至17米長的喇叭型聲炮，發(fā)射功率達20kW（千瓦）。上世紀(jì)70年代，美警方開發(fā)了使人“僵化”或失去戰(zhàn)斗力的次聲武器，來控制騷亂。據(jù)稱美國干涉波黑內(nèi)戰(zhàn)時，曾秘密用過這些非致命次聲武器，僅幾秒鐘就使塞軍陣地陷入一片混亂，有人昏倒，有人嘔吐不止。

遠(yuǎn)程聲波設(shè)備目前已經(jīng)廣泛用于反暴亂和反恐行動,圖為裝備LRAD的美軍“斯特賴克”裝甲車9:17AM10次聲波的應(yīng)用通過研究自然現(xiàn)象所產(chǎn)生的次聲波的特性和產(chǎn)生的機理，更深入地研究和認(rèn)識這些自然現(xiàn)象的特征與規(guī)律。例如，利用極光所產(chǎn)生的次聲波，可以研究極光活動的規(guī)律。(2)利用所接收到的被測聲源產(chǎn)生的次聲波，可以探測聲源的位置、大小和研究其他特性。例如，

通過接收核爆炸、火箭發(fā)射或者臺風(fēng)產(chǎn)生的次聲波，來探測出這些次聲源的有關(guān)參量。9:17AM11(3)次聲波在大氣層中傳播時，很容易受到大氣介質(zhì)的影響，它與大氣層中的風(fēng)和溫度分布等因素有著密切的聯(lián)系。因此，可以通過測定自然或人工產(chǎn)生的次聲波在大氣中的傳播特性，探測出某些大規(guī)模氣象的性質(zhì)和規(guī)律。這種方法的優(yōu)點在于可以對大范圍大氣進行連續(xù)不斷的探測和監(jiān)視。(4)人和其他生物不僅能夠?qū)Υ温暡óa(chǎn)生某些反應(yīng)，而且他(或它)們的某些器官也會發(fā)出微弱的次聲波。因此，可以利用測定這些次聲波的特性來了解人體或其他生物相應(yīng)器官的活動情況。9:17AM122.可聞聲波美妙的音樂可使人陶醉。9:17AM133.超聲波蝙蝠能發(fā)出和聽見超聲波。9:17AM14蝙蝠依靠超聲波捕食9:17AM15

超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點。

超聲波霧化器超聲波加濕器9:17AM16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，能用于集成電路及塑料的焊接。超聲波塑料焊接機9:17AM17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)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。便攜式超聲波探魚器9:17AM18

魚群探測器

把這種探測器放在海里，它就會向水底發(fā)射聲波，如果有魚群通過，魚群吐出的大量水泡會使聲波反射回來，并通過壓電陶瓷接收聲波，變成電訊號，人們就可以從儀器上知道魚群的位置。用同樣的方法，也可以探測到海底暗礁，偵察在海洋里活動的敵人的潛水艇。9:17AM19美國蜂鳥595C系列魚群探測器（GPS衛(wèi)星定位彩屏3￥7580

）9:17AM20超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用

胎兒B超影像9:17AM21超聲波用于高效清洗

當(dāng)弱的聲波信號作用于液體中時，會對液體產(chǎn)生一定的負(fù)壓，即液體體積增加，液體中分子空隙加大，形成許多微小的氣泡；而當(dāng)強的聲波信號作用于液體時，則會對液體產(chǎn)生一定的正壓，即液體體積被壓縮減小，液體中形成的微小氣泡被壓碎。經(jīng)研究證明：超聲波作用于液體中時，液體中每個氣泡的破裂會產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達上千個大氣壓的壓力，這種現(xiàn)象被稱之為“空化作用”，超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來達到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。超聲波清洗應(yīng)用范圍非常廣泛，主要應(yīng)用于機械、電子、光學(xué)、醫(yī)藥、電鍍、涂裝及真空鍍膜前處理等行業(yè)。特別適用于表面形狀復(fù)雜的零件，如對精密工件上的狹縫、凹槽、深孔、肓孔的清洗，同時能夠清洗掉零件表面油污、銹蝕及氧化皮。特別對制藥行業(yè)各種玻璃制器及內(nèi)外科器械的清洗效果最為理想，不僅能達到清洗的目的，還能對玻璃器皿內(nèi)外壁附著的各種微生物、病菌起到粉碎作用，達到消毒滅菌的作用。9:17AM22超聲波清洗原理及清洗器

超聲換能器氣泡波浪清洗物9:17AM23電子行業(yè)專用超聲波清洗機電子零件的清洗/元器件的基體清洗/PCB板的清洗/電子材料加工成型后的清洗

珠寶行業(yè)專用超聲波清洗機

液晶行業(yè)專用超聲波清洗機

9:17AM244.6.2超聲波物理基礎(chǔ)

頻率高于20kHz的機械振動波稱為超聲波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本領(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，其聲場指向性就愈好。9:17AM25縱波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波，它能在固體、液體和氣體介質(zhì)中傳播。橫波：質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波，它只能在固體介質(zhì)中傳播。表面波：質(zhì)點的振動介于橫波與縱波之間，沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑?，其振幅隨深度增加而迅速衰減的波，表面波只在固體的表面?zhèn)鞑?。藍(lán)姆波：藍(lán)姆波沿著板的兩個表面及中部傳播。超聲波種類9:17AM26縱波9:17AM27橫波

9:17AM28表面波9:17AM29圖10-2超聲波的反射和折射超聲波的反射和折射9:17AM30利用超聲波物理特性和各種效應(yīng)而研制的裝置稱為超聲波換能器，或超聲波探測器、超聲波傳感器，有時也叫超聲波探頭。4.6.3超聲波傳感器原理超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，在檢測技術(shù)中壓電式最為常用。壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統(tǒng)稱為壓電式超聲波探頭。它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的,逆壓電效應(yīng)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機械振動，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而正壓電效應(yīng)是將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號，可作為接收探頭；由于其結(jié)構(gòu)不同，分為直探頭式、斜探頭式和雙探頭式。9:17AM31壓電式超聲波發(fā)生器就是利用壓電晶體的電致伸縮現(xiàn)象制成的。常用的壓電材料為石英晶體、壓電陶瓷鋯鈦酸鉛等。在壓電材料切片上施加交變電壓，使它產(chǎn)生電致伸縮振動，而產(chǎn)生超聲波，如圖所示。

1.超聲波的發(fā)生

式中，n=1，2，3，…是諧波的級數(shù)；c為波在壓電材料里的傳播速度(縱波)；

式中，E為楊氏模量；為壓電材料的密度。

壓電材料的固有頻率與晶體片厚度d有關(guān)，即因此，壓電材料的固有頻率為根據(jù)共振原理，當(dāng)外加交變電壓頻率等于晶片的固有頻率時，產(chǎn)生共振，這時產(chǎn)生的超聲波最強。壓電式超聲波發(fā)生器可以產(chǎn)生幾十kHz到幾十MHz的高頻超聲波，產(chǎn)生的聲強可達幾十W／cm2。9:17AM32磁致伸縮超聲波發(fā)生器磁致伸縮效應(yīng)的大小，即伸長縮短的程度，不同的鐵磁物質(zhì)其情況不相同。鎳的磁致伸縮效應(yīng)最大，它在一切磁場中都是縮短的。如果先加一定的直流磁場，再加以交流電時，它可工作在特性最好的區(qū)域。磁致伸縮超聲波發(fā)生器把鐵磁材料置于交變磁場中，使它產(chǎn)生機械尺寸的交替變化，即機械振動，從而產(chǎn)生超聲波。磁致伸縮超聲波發(fā)生器是用厚度為0.1～0.4mm的鎳片疊加而成的，片間絕緣以減少渦流電流損失。其結(jié)構(gòu)形狀有矩形、窗形等，如圖所示。磁致伸縮超聲波發(fā)生器磁致伸縮超聲波發(fā)生器只能用在幾萬Hz的頻率范圍以內(nèi)，但功率可達十萬W，聲強可達幾千W／cm2，能耐較高的溫度。9:17AM332.超聲波的接收在超聲波技術(shù)中，除了需要能產(chǎn)生一定的頻率和強度的超聲波發(fā)生器以外，還需要能接收超聲波的接收器。一般的超聲波接收器是利用超聲波發(fā)生器的逆效應(yīng)而進行工作的。當(dāng)超聲波作用到壓電晶體片上時，使晶片伸縮，則在晶片的兩個界面上產(chǎn)生交變電荷。這種電荷先被轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)過放大后送到測量電路，最后記錄或顯示出結(jié)果。它的結(jié)構(gòu)和超聲波發(fā)生器基本相同，有時就用同一個超聲波發(fā)生器兼做超聲波接收器。磁致伸縮超聲波接收器是利用磁致伸縮的逆效應(yīng)而制成的。當(dāng)超聲波作用到磁致伸縮材料上時，使磁致材料伸縮，引起它的內(nèi)部磁場(即導(dǎo)磁特性)的變化。根據(jù)電磁感應(yīng)，磁致伸縮材料上所繞的線圈獲得感應(yīng)電動勢，并將此電動勢送到測量電路及記錄顯示設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)也與發(fā)生器差不多。9:17AM34超聲波傳感器對9:17AM35

超聲波探頭：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、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專用探頭等。9:17AM36各種超聲波探頭常用頻率范圍：0.5~10MHz，常見晶片直徑：5~30mm接觸式直探頭（縱波垂直入射到被檢介質(zhì)）

外殼用金屬制作，保護膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止壓電晶片磨損。保護膜接插件9:17AM37接觸式斜探頭（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30、45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。底部耐磨材料接插件9:17AM38各種接觸式斜探頭常用頻率范圍：1~5MHz9:17AM39接觸法雙晶直探頭

將兩個單晶探頭組合裝配在同一殼體內(nèi)，其中一片發(fā)射超聲波，另一片接收超聲波。兩晶片之間用一片吸聲性能強、絕緣性能好的薄片加以隔離。雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜些，但檢測精度比單晶直探頭高，且超聲信號的反射和接收的控制電路較單晶直探頭簡單。發(fā)射晶片接收晶片9:17AM40各種雙晶直探頭

焦距范圍：5~40mm,頻率范圍：2.5~5MHz，鋼中折射角：45

~70

9:17AM41接觸法雙晶斜探頭（續(xù)）9:17AM42

水浸探頭

（可用自來水作為耦合劑）

選擇聲透鏡形狀，可決定聚焦形式為點聚焦或線聚焦。9:17AM43超聲波探頭中的壓電陶瓷芯片

將數(shù)百伏的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應(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)被測物反射回到壓電晶片時，利用壓電效應(yīng)，將機械振動波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。9:17AM44耦合劑

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，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、化學(xué)漿糊等。9:17AM45

超聲波的應(yīng)用有兩種基本類型：當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測物兩側(cè)時，這種類型稱為透射型。透射型可用于遙控器、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)的屬于反射型，反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。

4.6.4超聲波傳感器應(yīng)用9:17AM46超聲波傳感器應(yīng)用舉例

9:17AM47超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM48超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）質(zhì)量檢查緊固件的安裝錯誤檢測9:17AM49疊放高度測量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM50超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）物件放置錯誤檢測9:17AM51超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）透明塑料張力控制9:17AM52機械手定位超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM53紙卷直徑檢測超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM54平整度測量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM55超長距離檢測超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM56流水線計數(shù)超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM57對高頻超聲波，由于它的波長短，不易產(chǎn)生繞射，碰到雜質(zhì)或分界面就會有明顯的反射，而且方向性好，能成為射線而定向傳播；在液體、固體中衰減小，穿透本領(lǐng)大。這些特性使得超聲波成為無損探傷方面的重要工具。案例1.超聲波探傷(1)穿透法探傷穿透法探傷是根據(jù)超聲波穿透工件后的能量變化狀況，來判別工件內(nèi)部質(zhì)量的方法。穿透法用兩個探頭，置于工件相對面，一個發(fā)射超聲波，一個接收超聲波。發(fā)射波可以是連續(xù)波，也可以是脈沖。在探測中，當(dāng)工件內(nèi)無缺陷時，接收能量大，儀表指示值大；當(dāng)工件內(nèi)有缺陷時，因部分能量被反射，接收能量小，儀表指示值小。根據(jù)這個變化，就可以把工件內(nèi)部缺陷檢測出來。穿透法探傷示意圖9:17AM58(2)反射法探傷反射法探傷是以超聲波在工件中反射情況的不同，來探測缺陷的方法。下面以縱波一次脈沖反射為例，說明檢測原理。反射法探傷示意圖高頻脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖(發(fā)射波)加在探頭上，激勵壓電晶體振蕩，使之產(chǎn)生超聲波。超聲波以一定的速度向工件內(nèi)部傳播。一部分超聲波遇到缺陷F時反射回來；另一部分超聲波繼續(xù)傳至工件底面B，也反射回來。由缺陷及底面反射回來的超聲波被探頭接收時，又變?yōu)殡娒}沖。發(fā)射波T、缺陷波F及底波B經(jīng)放大后，在顯示器熒光屏上顯示出來。熒光屏上的水平亮線為掃描線(時間基準(zhǔn))，其長度與時間成正比。由發(fā)射波、缺陷波及底波在掃描線的位置，可求出缺陷的位置。由缺陷波的幅度，可判斷缺陷大小；由缺陷波的形狀，可分析缺陷的性質(zhì)。當(dāng)缺陷面積大于聲束截面時，聲波全部由缺陷處反射回來，熒光屏上只有T、F波，沒有B波。當(dāng)工件無缺陷時，熒光屏上只有T、B波，沒有F波。9:17AM59超聲波探傷tA9:17AM60無損探傷

材料的缺陷人們在使用各種材料（尤其是金屬材料）的長期實踐中，觀察到大量的斷裂現(xiàn)象，它曾給人類帶來許多災(zāi)難事故，涉及艦船、飛機、軸類、壓力容器、宇航器、核設(shè)備等。

路軌斷裂事故9:17AM61無損探傷的方法

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、電渦流法、熒光染色滲透法、放射線（x光、中子）照相檢測法、超聲波探傷法、霍爾元件探傷法等。

9:17AM62磁粉檢測法磁懸液磁粉檢測儀

將磁懸液噴灑在工件表面，將磁粉檢測頭夾持在被測工件上，通以數(shù)百安培的電流，工件中將產(chǎn)生磁場，工件表面的裂紋可因磁粉的不均勻分布而顯示出來。9:17AM63X光探傷

將x光發(fā)生器對準(zhǔn)被測位置，將感光片貼在物體背面，人離開后通上高壓電，再將感光片沖洗出影像，即可觀察到缺陷。9:17AM64

計算機斷層成像技術(shù)(CT)是一種重要的無損檢測技術(shù)(NDT)，是物理學(xué)與計算機科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)物。它是基于射線與物質(zhì)的相互作用原理，通過投影重建方法獲取被檢測物體的數(shù)字圖像，全面解決了傳統(tǒng)x射線攝影裝置的影像重疊、密度分辨率低等缺點。（參考中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所資料）計算機斷層成像技術(shù)(CT)探傷9:17AM65CT探傷成像（參考中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所資料）9:17AM66超聲波探傷

超聲波探傷是目前應(yīng)用十分廣泛的無損探傷手段。它既可檢測材料表面的缺陷，又可檢測內(nèi)部幾米深的缺陷，這是x光探傷所達不到的深度。A型超聲探傷反射波形裂紋9:17AM67A型超聲波探傷起始波缺陷反射波底波工件缺陷9:17AM68鋼軌探傷車滑板式探頭

9:17AM69高速鋼軌探傷車鐵路鋼軌探測用的滾軸式探頭（也稱做輪式探頭）9:17AM70鐵路鋼軌探頭

鐵路鋼軌對接焊縫探測用探頭缺陷鐵路鋼軌探傷用滑板式探頭焊縫9:17AM71

管道環(huán)焊縫超聲波檢測裝置

管道環(huán)焊縫超聲波檢測裝置原理9:17AM72超聲探傷儀9:17AM73構(gòu)件的超聲探傷9:17AM74構(gòu)件的超聲探傷（續(xù)）9:17AM75構(gòu)件的超聲探傷9:17AM76案例2.超聲波測液位超聲波測液位示意圖超聲波測液位是利用回聲原理進行工作的，如圖所示。當(dāng)超聲波探頭向液面發(fā)射短促的超聲脈沖，經(jīng)過時間t后，探頭接收到從液面反射回來的回音脈沖。因此探頭到液面的距離L可由下式求出超聲波速度c在各種不同的液體中是不同的；即使在同一種液體中，由于溫度和壓力的不同，其值也是不同的。因為液體中有其他成分的存在及溫度的不均勻都會使超聲波速度發(fā)生變化，引起測量的誤差，故在精密測量時，要考慮采取補償措施。利用這種方法也可以測量料位。式中，c為超聲波在被測介質(zhì)中的傳播速度；t為超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波到接收到超聲波的時間差。由此可見，只要知道超聲波的速度，通過精確測量時間t的方法，就可以測量出距離L。9:17AM77超聲波測量液位和物位原理

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)超聲波的往返時間，就可測得液體的液面。9:17AM78超聲波測量液位和物位

喇叭形超聲發(fā)生器9:17AM79在超聲波測厚技術(shù)中，應(yīng)用較為廣泛的是脈沖回波法，原理：主要是測量超聲波脈沖通過工件所需的時間間隔，然后根據(jù)超聲波脈沖在工件中傳播的速度求出工件的厚度。主控制器產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號，并控制發(fā)射電路把它經(jīng)電流放大后接到超聲波發(fā)生器上去。超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲脈沖進入工件后，被底面反射回來，并由同一個超聲波發(fā)生器接收。接收到的脈沖信號經(jīng)放大器加至示波器垂直偏轉(zhuǎn)板上。標(biāo)記發(fā)生器輸出一定時間間隔的標(biāo)記脈沖信號，也加到示波器的垂直偏轉(zhuǎn)板上。掃描電壓加到示波器的水平偏轉(zhuǎn)板上。這樣，在示波器熒光屏上可以直接觀察到發(fā)射脈沖和接收脈沖信號。接收間的時間間隔t，試件的厚度d可用下式求出案例3.超聲波測厚度標(biāo)記信號一般可以調(diào)節(jié)，根據(jù)測量的要求選擇。如果預(yù)先用標(biāo)準(zhǔn)試件進行校正，可以根據(jù)熒光屏上發(fā)射與接收兩個脈沖間的標(biāo)記信號直接讀出被測工件的厚度。超聲波測厚度示意圖9:17AM80手持式超聲波測厚儀9:17AM81超聲波測厚石料測厚9:17AM82超聲波手持式測厚混凝土測厚木材測厚小提琴木料測厚9:17AM83雙晶超聲波測厚探頭9:17AM84雙晶超聲波測厚探頭（續(xù)）9:17AM85案例4.超聲波測距

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。測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間t，再乘以空氣的聲速（340m/s），就是超聲脈沖在被測距離所經(jīng)歷的路程，除以2就得到距離。9:17AM86案例5.超聲波測流量超聲波流量傳感器的測定原理是多樣的,如傳播速度變化法、波速移動法、多卜勒效應(yīng)法、流動聽聲法等。但目前應(yīng)用較廣的主要是超聲波傳輸時間差法。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)射和接收探頭（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1的超聲波是順流傳播的，而F2，T2的超聲波是逆流傳播的。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時間差t，可得到流體的平均速度及流量。F1發(fā)射的超聲波先到達

T19:17AM87F1發(fā)射的超聲波到達F2的時間較短F1、F2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)射器與接收器用。首先由F1發(fā)射出第一個超聲脈沖，它通過管壁、流體及另一側(cè)管壁被F2接收，此信號經(jīng)放大后再次觸發(fā)F1的驅(qū)動電路，使F1發(fā)射第二個聲脈沖。緊接著，由F2發(fā)射超聲脈沖，而F1作接收器，可以測得F1的脈沖重復(fù)頻率為f1。同理可以測得F2的脈沖重復(fù)頻率為f2。順流發(fā)射頻率f1與逆流發(fā)射頻率f2的頻率差

f與被測流速v成正比。F2F19:17AM88

發(fā)射、接收探頭也可以安裝在管道的同一側(cè)9:17AM89超聲波換能器在管道上的配置方式9:17AM90同側(cè)式超聲波流量計的使用

（參考北京菲波儀表有限公司資料）9:17AM91超聲波流量計現(xiàn)場使用超聲波流量傳感器具有不阻礙流體流動的特點,可測流體種類很多,不論是非導(dǎo)電的流體、高粘度的流體、漿狀流體,只要能傳輸超聲波的流體都可以進行測量。超聲波流量計可用來對自來水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等進行測量。還可用于下水道、農(nóng)業(yè)灌溉、河流等流速的測量。9:17AM92圖4-105超聲波流量測量原理a）發(fā)射器與接收器的安裝位置 b）電路組成框圖

9:17AM93案例6.超聲波多普勒測量車速9:17A