波式和輻射式傳感器

超聲波和聲音一樣，是一種機械振動波，是機械振動在彈性介質(zhì)中的傳播過程。超聲波檢測是利用不同介質(zhì)對超聲波傳播的影響來探測物體和進行測量的一門檢測技術(shù)。1、超聲波及其性質(zhì)

10.1超聲波傳感器當前第1頁\共有31頁\編于星期三\6點①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。②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。③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)鞑ィ湔穹S深度增加而迅速衰減的波，表面波只在固體的表面?zhèn)鞑ァ?/p>

超聲波種類當前第2頁\共有31頁\編于星期三\6點

1）超聲波的速度

超聲波的性質(zhì)超聲波可在氣體、液體和固體中傳播，并有各自的傳播速度，與介質(zhì)的特性有很大的關(guān)系。固體

c橫=1/2c縱c表＝90%c橫液體、氣體僅有縱波傳播當前第3頁\共有31頁\編于星期三\6點2）超聲波的反射與折射當前第4頁\共有31頁\編于星期三\6點3）超聲波的衰減與傳播介質(zhì)有關(guān)氣體＞液體＞固體對于不透光的固體，超聲波可穿透幾十米的厚度。與聲波頻率有關(guān)頻率越高，衰減越大

超聲波在介質(zhì)中傳播時，能量的衰減決定于聲波的擴散、散射和吸收。當前第5頁\共有31頁\編于星期三\6點

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。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，其中壓電式最為常用。

2、超聲波傳感器

當前第6頁\共有31頁\編于星期三\6點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。正壓電效應(yīng)：將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號，可作為接收探頭。

當前第7頁\共有31頁\編于星期三\6點它主要由壓電晶片、吸收塊(阻尼塊)、保護膜、引線等組成。直探頭式結(jié)構(gòu)—晶片密度—晶片的彈性模量當前第8頁\共有31頁\編于星期三\6點雙探頭式結(jié)構(gòu)當前第9頁\共有31頁\編于星期三\6點1）超聲波測液位3、超聲波傳感器的應(yīng)用單換能器雙換能器當前第10頁\共有31頁\編于星期三\6點2）超聲波測厚度脈沖回波法當前第11頁\共有31頁\編于星期三\6點3）超聲波測流量→→當前第12頁\共有31頁\編于星期三\6點當前第13頁\共有31頁\編于星期三\6點4）超聲波測距離當前第14頁\共有31頁\編于星期三\6點10.2微波傳感器微波傳感器是一種新型的非接觸式傳感器，在工業(yè)中，微波傳感器在材料無損檢測及物位檢測等方面具有獨到之處。故廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)，能源，國防，公安，生物醫(yī)學，環(huán)境保護，衛(wèi)星通信等領(lǐng)域。當前第15頁\共有31頁\編于星期三\6點微波是波長為1mm～1m的電磁波，既具有電磁波的性質(zhì)，又與普通的無線電波及光波不同，是一種波長較短、頻率很高的電磁波。工作原理：由發(fā)射天線發(fā)出微波，此波遇到被測物體時將被吸收或反射，使微波功率發(fā)生變化。若利用接收天線，接收到通過被測物體或由被測物體反射回來的微波，并將它轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過信號調(diào)理電路，即可以顯示出被測量，從而實現(xiàn)了微波檢測。1、微波傳感器原理當前第16頁\共有31頁\編于星期三\6點①定向輻射的裝置容易制造。②遇到各種障礙物易于反射。③繞射能力差。④傳輸特性好，傳輸過程中受煙霧、火焰、灰塵、強光的影響很小。⑤介質(zhì)對微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對微波的吸收作用最強。

2、微波傳感器的特點當前第17頁\共有31頁\編于星期三\6點組成微波傳感器是由微波振蕩器、微波天線和微波檢測器三部分組成。振蕩器：產(chǎn)生微波，頻率很高（300MHZ～300GHz)，電容、電感很小，常由磁控管、固態(tài)器件等構(gòu)成。天線

3、微波的組成和分類當前第18頁\共有31頁\編于星期三\6點(1)反射式傳感器這種微波傳感器是通過檢測被測物反射回來的微波功率或經(jīng)過的時間間隔來獲得被測量的。一般它可以測量物體的位置、位移、厚度等參數(shù)。(2)遮斷式傳感器這種微波傳感器是通過檢測接收天線收到的微波功率大小來判斷發(fā)射天線與接收天線之間有無被測物體或被測物體的位置、被測物中的含水量等參數(shù)。分類根據(jù)微波傳感器的原理，微波傳感器可以分為反射式和遮斷式兩類。

當前第19頁\共有31頁\編于星期三\6點1）微波式物位傳感器4、微波傳感器的應(yīng)用低于設(shè)定物位：

高于設(shè)定物位：當前第20頁\共有31頁\編于星期三\6點2）微波式液位傳感器當前第21頁\共有31頁\編于星期三\6點3）微波式厚度傳感器當前第22頁\共有31頁\編于星期三\6點紅外線是一種不可見光，由于是位于可見光中紅色光以外的光線，故稱紅外線。1800年，英國赫胥爾發(fā)現(xiàn)波長介于可見光和微波之間10.3紅外輻射式傳感器當前第23頁\共有31頁\編于星期三\6點①紅外線易于產(chǎn)生，容易接收。②采用紅外發(fā)光二極管，結(jié)構(gòu)簡單，易于小型化，且成本低。③紅外線調(diào)制簡單，依靠調(diào)制信號編碼可實現(xiàn)多路控制。④紅外線不能通過遮擋物，不會產(chǎn)生信號串擾等誤動作。⑤功率消耗小，反應(yīng)速度快。⑥對環(huán)境無污染，對人、物無損害。⑦抗干擾能力強。紅外線特點當前第24頁\共有31頁\編于星期三\6點

紅外傳感器一般由光學系統(tǒng)、探測器、信號調(diào)理電路及顯示單元等組成。紅外探測器是紅外傳感器的核心，它是利用紅外輻射與物質(zhì)相互作用所呈現(xiàn)的物理效應(yīng)來探測紅外輻射的。紅外探測器的種類很多，按探測機理的不同，可分為熱探測器和光子探測器兩大類。1)熱探測器熱探測器主要有四類：熱釋電型、熱敏電阻型、熱電阻型和氣體型。紅外探測器當前第25頁\共有31頁\編于星期三\6點光子探測器的工作機理是利用入射光輻射的光子流與探測器材料中的電子互相作用，從而改變電子的能量狀態(tài)，引起各種電學現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為光子效應(yīng)。光子探測器有內(nèi)光電和外光電探測器兩種，后者又分為光電導、光生伏特和光磁電探測器等三種。

2)光子探測器當前第26頁\共有31頁\編于星期三\6點紅外測溫是一種非接觸、在線式檢測技術(shù)，它通過紅外傳感器接收物體發(fā)出的紅外線（紅外輻射能量），從而測出物體表面的溫度及溫度場的分布情況。1）紅外測溫

紅外傳感器的應(yīng)用當前第27頁\共有31頁\編于星期三\6點

紅外線的物理本質(zhì)：是熱輻射，即任何物體只要它的溫度高于絕對零度（-273℃），都會產(chǎn)生自身分子和原子的無規(guī)則運動，并不停地向周圍空間輻射出熱紅外能量，物體的溫度越高，分子和原子的運動愈劇烈，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量愈大；反之，輻射的能量愈小。

紅外檢測的優(yōu)點：非接觸測量，使用方便、安全響應(yīng)快、精度高、壽命長測溫范圍寬，適用范圍廣當前第28頁\共有31頁\編于星期三\6點確定目標尺寸當前第29頁\共有31頁\編于星期三\6點紅外測溫分類紅外測溫儀（便攜式、固定式）紅外熱像儀

便攜式紅外測溫儀系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖當前第30頁\共有31頁\編于星期三\6點紅外熱釋電探測器——ThermalertMI由美國Raytek公司生產(chǎn)，高精度紅外測溫專用探測器，它集成了一個很小的LiTaO3熱釋電傳感器和一個高性能的