超聲波、微波傳感器

超聲波、微波傳感器第一頁，共15頁。（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12—14所示（1）反射定律入射角α與反射角α，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α的正弦與折射角β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。第二頁，共15頁。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-αx

IX=I0e-2αx

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，如圖12—15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。第三頁，共15頁。（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12—16為壓電式探頭；圖12—17為磁致伸縮探頭。第四頁，共15頁。（四）超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

2、超聲波測(cè)液位圖示12—19所示為脈沖回波式測(cè)量液位的工作原理圖。圖12—20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12—18為脈沖回波法檢測(cè)厚度的原理圖。第五頁，共15頁。3、超聲波探傷圖12—21所示為用透射法檢測(cè)金屬材料內(nèi)部缺陷。圖12—22所示的方法對(duì)板材進(jìn)行檢測(cè)，圖12—23所示為脈沖回波式探傷儀原理圖。第六頁，共15頁。4、超聲波測(cè)溫（1）脈沖傳播時(shí)間測(cè)量法。如圖12—24所示。

（2）脈沖回嗚法如圖12—25所示。（3）相位比較測(cè)量法圖12—26為相位比較法測(cè)量原理圖。

第七頁，共15頁。

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12—28所示為超聲波測(cè)流體流量的工作原理圖。第八頁，共15頁。6、超聲波測(cè)流量（流速）

有以下幾種方法：（1）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12—29所示。第九頁，共15頁。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12—30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12—31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。

超聲診斷描述的主要性能參數(shù)：①分辨力；②穿透深度；③工作頻率；④幀頻

第十頁，共15頁。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??；（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12—33所示。第十一頁，共15頁。（二）微波傳感器

微波傳感器可分為反射式與遮斷式兩種。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12—34所示。第十二頁，共15頁。（三）微波傳感器的應(yīng)用1、微波測(cè)厚儀圖12—35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12—36示出了一臺(tái)測(cè)量酒精含水量的儀器方框圖，

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