2-6超声波传感器.ppt

30.05.2020,1,2.6超声波传感器,30.05.2020,2,概述：声波的分类1.次声波,次声波是频率低于16赫兹的声波，人耳听不到，但可与人体器官发生共振，78Hz的次声波会引起人的恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。,30.05.2020,3,2.可闻声波(16HZ-20KHZ),美妙的音乐可使人陶醉。,30.05.2020,4,3.超声波(20KHZ),蝙蝠能发出和听见超声波。,30.05.2020,5,蝙蝠依靠超声波捕食,30.05.2020,6,超声波与可闻声波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特点。,超声波雾化器,超声波加湿器,30.05.2020,7,超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在遇到两种介质的分界面时，能产生明显的反射和折射现象，这一现象类似于光波。,便携式超声波探鱼器,30.05.2020,8,倒车雷达,30.05.2020,9,超声波在医学检查中的应用,胎儿的B超影像,30.05.2020,10,超声波用于高效清洗,当弱的声波信号作用于液体中时，会对液体产生一定的负压，即液体体积增加，液体中分子空隙加大，形成许多微小的气泡；而当强的声波信号作用于液体时，则会对液体产生一定的正压，即液体体积被压缩减小，液体中形成的微小气泡被压碎。经研究证明：超声波作用于液体中时，液体中每个气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间产生几百度的高温和高达上千个大气压的压力，这种现象被称之为“空化作用”，超声波清洗正是利用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲刷工件内外表面的作用。超声清洗多用于半导体、机械、玻璃、医疗仪器等行业。,30.05.2020,11,超声波清洗原理及清洗器（参考湖南省浏阳市医用仪具厂、北京德泰隆科技发展有限责任公司资料）,超声换能器,气泡,波浪,清洗物,30.05.2020,12,2.6.1超声波物理基础,频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本领大，能穿透几米厚的钢板，而能量损失不大。在遇到两种介质的分界面（例如钢板与空气的交界面）时，能产生明显的反射和折射现象，超声波的频率越高，其声场指向性就愈好。,30.05.2020,13,超声波的波型分类,超声波的传播波型主要可分为纵波、横波、表面波等几种。,30.05.2020,14,纵波,30.05.2020,15,横波,30.05.2020,16,表面波,30.05.2020,17,2.6.2超声波换能器及耦合技术,超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主要采用压电式。超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、高温探头、空气传导探头以及其他专用探头等。,30.05.2020,18,各种超声波探头（以下参考常州市常超检测设备有限公司资料）,常用频率范围：0.510MHz，常见晶片直径：530mm,接触式直探头（纵波垂直入射到被检介质）,外壳用金属制作，保护膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止压电晶片磨损。,保护膜,接插件,30.05.2020,19,接触式直探头原理,超声脉冲电压输入端,接地端,30.05.2020,20,接触式斜探头（横波、瑞利波或兰姆波探头）,压电晶片粘贴在与底面成一定角度（如30、45等）的有机玻璃斜楔块上，当斜楔块与不同材料的被测介质（试件）接触时，超声波将产生一定角度的折射，倾斜入射到试件中去，可产生多次反射，而传播到较远处去。,底部耐磨材料,接插件,30.05.2020,21,各种接触式斜探头,常用频率范围：15MHz,30.05.2020,22,空气超声探头,a）超声发射器b）超声接收器1外壳2金属丝网罩3锥形共振盘4压电晶片5引脚6阻抗匹配器7超声波束,30.05.2020,23,空气超声探头（续）,30.05.2020,24,空气超声探头外形,空气超声探头外形（续）,30.05.2020,26,2.6.3超声波传感器的应用,当超声发射器与接收器分别置于被测物两侧时，这种类型称为透射型。透射型可用于遥控器、防盗报警器、接近开关等。当超声发射器与接收器置于同侧的属于反射型，反射型可用于接近开关、测距、测液位或物位、金属探伤以及测厚等。,30.05.2020,27,超声波传感器应用举例,30.05.2020,28,超声波传感器应用举例（续）,30.05.2020,29,超声波传感器应用举例（续）,质量检查,紧固件的安装错误检测,30.05.2020,30,叠放高度测量,超声波传感器应用举例（续）,30.05.2020,31,超声波传感器应用举例（续）,物件放置错误检测,30.05.2020,32,超声波传感器应用举例（续）,透明塑料张力控制,30.05.2020,33,机械手定位,超声波传感器应用举例（续）,30.05.2020,34,纸卷直径检测,超声波传感器应用举例（续）,30.05.2020,35,平整度测量,超声波传感器应用举例（续）,30.05.2020,36,超长距离检测,超声波传感器应用举例（续）,30.05.2020,37,流水线计数,超声波传感器应用举例（续）,30.05.2020,38,一、超声波流量计,F1发射的超声波先到达T1,30.05.2020,39,测量流量原理分类,时间差法测量流量原理：在被测管道上下游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和接收探头（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1的超声波是顺流传播的，而F2，T2的超声波是逆流传播的。由于这两束超声波在液体中传播速度的不同，测量两接收探头上超声波传播的时间差t，可得到流体的平均速度及流量。,30.05.2020,40,F1发射的超声波到达F2的时间较短,30.05.2020,41,频率差法测量流量原理：F1、F2是完全相同的超声探头，安装在管壁外面，通过电子开关的控制，交替地作为超声波发射器与接收器用。首先由F1发射出第一个超声脉冲，它通过管壁、流体及另一侧管壁被F2接收，此信号经放大后再次触发F1的驱动电路，使F1发射第二个声脉冲。紧接着，由F2发射超声脉冲，而F1作接收器，可以测得F1的脉冲重复频率为f1。同理可以测得F2的脉冲重复频率为f2。顺流发射频率f1与逆流发射频率f2的频率差f与被测流速v成正比。,F2,F1,30.05.2020,42,发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧,30.05.2020,43,同侧式超声波流量计的使用,（参考北京菲波仪表有限公司资料）,30.05.2020,44,超声波流量计现场使用,30.05.2020,45,超声波多普勒测量车速,30.05.2020,46,多普勒效应,前进方向的频率升高,如果波源和观察者之间有相对运动，那么观察者接收到的频率和波源的频率就不相同了，这种现象叫做多普勒效应。测出f就可得到运动速度。,30.05.2020,47,超声波多普勒测量风速,风,风引起超声波的频率变大或变小,30.05.2020,48,超声波测距,空气超声探头发射超声脉冲，到达被测物时，被反射回来，并被另一只空气超声探头所接收。测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以空气的声速（340m/s），就是超声脉冲在被测距离所经历的路程，除以2就得到距离。,30.05.2020,49,超声波测厚,双晶直探头中的压电晶片发射超声振动脉冲，超声脉冲到达试件底面时，被反射回来，并被另一只压电晶片所接收。只要测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以被测体的声速常数c，就是超声脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除以2，就得到厚度：,30.05.2020,50,手持式超声波测厚仪,30.05.2020,51,某超声波测厚仪指标（参考北京北方大河仪器仪表有限公司资料）,显示方法128*32LCD点阵液晶显示（带背光）显示位数：四位测量范围：0.8200mm示值精度：0.1mm声速范围：10009999m/s测量周期：2次/秒自动关机时间：90秒电源：二节七号（AAA）电池，可连续工作不少于72小时使用温度：-10C40C存储温度：-20C70C外形尺寸：108x61x25mm重量：230g（含电池）,30.05.2020,52,超声波测厚,石料测厚,30.05.2020,53,超声波手持式测厚,混凝土测厚,木材测厚,小提琴木料测厚,30.05.2020,54,双晶超声波测厚探头,30.05.2020,55,双晶超声波测厚探头（续）,30.05.2020,56,超声波测量液位和物位原理,在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器，根据超声波的往返时间，就可测得液体的液面。,30.05.2020,57,超声波液位计原理,1液面2直管3空气超声探头4反射小板5电子开关,30.05.2020,58,超声波测量液位和物位,喇叭形超声发生器,30.05.2020,59,超声防盗报警器,图中的上半部分为发射电路，下面为接收电路。发射器发射出频率f=40kHz左右的超声波。如果有人进入信号的有效区域，相对速度为v，从人体反射回接收器的超声波将由于多普勒效应，而发生频率偏移f。,30.05.2020,60,超声波无损探伤,一、无损探伤的基本概念人们在使用各种材料（尤其是金属材料）的长期实践中，观察到大量的断裂现象，它曾给人类带来许多灾难事故，涉及舰船、飞机、轴类、压力容器、宇航器、核设备等。,路轨断裂事故,30.05.2020,61,无损探伤的方法,对缺陷的检测手段有破坏性试验和无损探伤。由于无损探伤以不损坏被检验对象为前提，所以得到广泛应用。,30.05.2020,62,超声波探伤,超声波探伤是目前应用十分广泛的无损探伤手段。它既可检测材料表面的缺陷，又可检测内部几米深的缺陷，这是x光探伤所达不到的深度。,A型超声探伤反射波形,裂纹,30.05.2020,63,A型超声波探伤,起始波缺陷反射波底波,工件,缺陷,30.05.2020,64,钢轨探伤车,滑板式探头,30.05.2020,6