超声波传感器

1、南京信息工程大学南京信息工程大学信息与控制学院仪器系任课教师：刘任课教师：刘 佳佳 TelEmail：超声波传感器超声波传感器v超声波的概念超声波的概念 振动在弹性介质内的传播称为波动。振动在弹性介质内的传播称为波动。 声波是一种能在气体、液体、固体中传播的机械波。声波是一种能在气体、液体、固体中传播的机械波。 根据声波频率的范围，声波可分为次声波、声波和超声波。根据声波频率的范围，声波可分为次声波、声波和超声波。 声波频率在声波频率在 16-2 16-210104 4Hz Hz 之间、能为人耳所闻的机械波之间、能为人耳所闻的机械波 次声波：频率低于次声波：频率低于1

2、6 Hz 16 Hz 的机械波的机械波 超声波：频率高于超声波：频率高于2 210104 4HzHz的机械波的机械波 信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系2超声波传感器超声波传感器v超声波及其物理性质超声波及其物理性质信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系3超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系4 次声波是频率低于次声波是频率低于1616赫兹的声波，人耳听不到，但可与赫兹的声波，人耳听不到，但可与人体器官发生共振，人体器官发生共振，7-8Hz7-8Hz的次声波会引起人的恐怖感，动作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。不协调，甚至导致心脏停

3、止跳动。次声波次声波超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系5美妙的音乐可使人陶醉美妙的音乐可使人陶醉次声波次声波超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系6蝙蝠能发出和蝙蝠能发出和听见超声波。听见超声波。超声波超声波超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系7蝙蝠依靠超声波捕食蝙蝠依靠超声波捕食超声波传感器超声波传感器v超声波的概念超声波的概念 超声波波长、频率与速度的关系为：超声波波长、频率与速度的关系为：信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系8 超声波的特性是频率高、波长短、绕射现象小。超声波的特性是频率高、波长短、绕

4、射现象小。 它它最显著的特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，最显著的特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，穿透本领大，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，穿透本领大，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，因而广泛应用于工业检测中。因而广泛应用于工业检测中。cf超声波传感器超声波传感器v超声波的波形超声波的波形 由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向不同，由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向不同，声波的波型也有所不同。通常有：声波的波型也有所不同。通常有： 纵波：质点振动方向与波的传播方向一致的波。它能在纵波：质点振动方向与波的传播方向一致的波。它能在固体、液体和气体中

5、传播。固体、液体和气体中传播。 横波：质点振动方向垂直于传播方向的波。它只能在固横波：质点振动方向垂直于传播方向的波。它只能在固体中传播。体中传播。 表面波：质点的振动介于纵波与横波之间，沿着表面传表面波：质点的振动介于纵波与横波之间，沿着表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波。表面波随深度增加衰减播，振幅随深度增加而迅速衰减的波。表面波随深度增加衰减很快，只能沿着固体的表面传播。为了测量各种状态下的物理很快，只能沿着固体的表面传播。为了测量各种状态下的物理量，多采用纵波。量，多采用纵波。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系9超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系

6、10纵纵波波超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系11横波横波 超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系12表面波表面波超声波传感器超声波传感器v超声波的传播速度超声波的传播速度 纵波、横波及表面波的传播速度，取决于介质的弹性常数纵波、横波及表面波的传播速度，取决于介质的弹性常数及介质密度。气体和液体中只能传播纵波，气体中声速为及介质密度。气体和液体中只能传播纵波，气体中声速为344 344 m/sm/s，液体中声速为，液体中声速为900-1900m/s900-1900m/s。在固体中，纵波、横波和表。在固体中，纵波、横波和表面波三者的声速成一

7、定关系。面波三者的声速成一定关系。 通常可认为横波声速为纵波声速通常可认为横波声速为纵波声速的一半，表面波声速约为横波声速的的一半，表面波声速约为横波声速的90% 90% 。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系13超声波传感器超声波传感器v超声波的反射和折射超声波的反射和折射信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系14。超声波传感器超声波传感器v超声波的反射和折射超声波的反射和折射信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系15。超声波传感器超声波传感器v超声波的衰减超声波的衰减 超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减。其声压和

8、声强的衰减规律满足以下函数关系：衰减。其声压和声强的衰减规律满足以下函数关系：信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系160 xPPe20 xII e00PI、- -距声源距声源x=0处的超声波声压和声强处的超声波声压和声强超声波传感器超声波传感器v超声波的衰减超声波的衰减 超声波在介质中传播，能量的衰减决定于超声波的扩散、超声波在介质中传播，能量的衰减决定于超声波的扩散、散射和吸收。散射和吸收。 声波扩散引起的衰减声波扩散引起的衰减 在理想介质中，超声波的衰减仅来自于超声波的扩散。由在理想介质中，超声波的衰减仅来自于超声波的扩散。由于声波扩散能量逐渐分散，使单位面积内超声波的能量随传播于声波

9、扩散能量逐渐分散，使单位面积内超声波的能量随传播距离的增加而减弱，并且声压强也随之减弱。距离的增加而减弱，并且声压强也随之减弱。 信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系17超声波传感器超声波传感器v超声波的衰减超声波的衰减 散射引起的衰减散射引起的衰减 声波在传播过程中遇到不同声阻抗介质组成的界面时，声波在传播过程中遇到不同声阻抗介质组成的界面时， 将将产生散射，产生散射， 实际材料的金属结晶组织的不均性或界面的晶粒粗实际材料的金属结晶组织的不均性或界面的晶粒粗大引起的散射，大引起的散射， 使部分超声波能量以热能的形式损耗。使部分超声波能量以热能的形式损耗。 介质吸收引起的衰减介质吸收引起的

10、衰减 由于介质的粘滞性而造成质点间的内摩擦，由于介质的粘滞性而造成质点间的内摩擦， 从而将消耗部从而将消耗部分声能，分声能， 并且介质的热传导及介质的稠密和稀疏部分之间的热并且介质的热传导及介质的稠密和稀疏部分之间的热交换都能导致声能的损耗。交换都能导致声能的损耗。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系18超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的工作原理超声波传感器的工作原理 要以超声波作为检测手段，必须能产生超声波和接收超声要以超声波作为检测手段，必须能产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器。超声波传感器按波。完成这种功能的装置就是超声波传感器。超声波传感器按其工作原理

11、，可分为压电式、磁致伸缩式其工作原理，可分为压电式、磁致伸缩式 、电磁式等，以压电、电磁式等，以压电式最为常用。式最为常用。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系19超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的工作原理超声波传感器的工作原理l压电式超声波传感器压电式超声波传感器 压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。常用的压电材料主要有压电晶体和压电陶瓷。作的。常用的压电材料主要有压电晶体和压电陶瓷。 根据正、逆压电效应的不同，压电式超声波传感器分为发根据正、逆压电效应的不同，压电式超声波传感器分为发生器生器( (发射探头发射探

12、头) ) 和接收器和接收器( (接收探头接收探头) ) 两种。两种。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系20超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的工作原理超声波传感器的工作原理l压电式超声波传感器压电式超声波传感器 压电式超声波发生器是利用压电式超声波发生器是利用逆压电效应逆压电效应的原理将高频电振的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。当外加交变电压的动转换成高频机械振动，从而产生超声波。当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。波最强。 压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫

13、的压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波，其声强可达几十瓦每平方厘米。高频超声波，其声强可达几十瓦每平方厘米。 信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系21超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的工作原理超声波传感器的工作原理l压电式超声波传感器压电式超声波传感器 压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。 当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩，在晶片的两个表面当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后

14、送到测量电路，最后记录或显示出来。到测量电路，最后记录或显示出来。 压电式超声波接收器的结压电式超声波接收器的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个传感器兼作发生构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个传感器兼作发生器和接收器两种用途。器和接收器两种用途。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系22超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的工作原理超声波传感器的工作原理l压电式超声波传感器压电式超声波传感器 典型的压电式超声波传感器结构主典型的压电式超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块要由压电晶片、吸收块( (阻尼块阻尼块) )、保护、保护膜等组成。膜等组成。 压电晶片多为圆板形，超压电晶

15、片多为圆板形，超声波频率与其厚度成反比。压电晶片的声波频率与其厚度成反比。压电晶片的两面镀有银层，作为导电的极板，底面两面镀有银层，作为导电的极板，底面接地，上面接至引出线。为了避免传感接地，上面接至引出线。为了避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片，器与被测件直接接触而磨损压电晶片，在压电晶片下粘合一层保护膜。吸收块在压电晶片下粘合一层保护膜。吸收块的作用是降低压电晶片的机械品质，吸的作用是降低压电晶片的机械品质，吸收超声波的能量。收超声波的能量。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系23超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的工作原理超声波传感器的工作原理l磁致伸缩式超声波传感器磁致伸

16、缩式超声波传感器 铁磁材料在交变的磁场中沿着磁场方向产生伸缩的现象，铁磁材料在交变的磁场中沿着磁场方向产生伸缩的现象，称为磁致伸缩效应。磁致伸缩效应的强弱即材料伸长缩短的程称为磁致伸缩效应。磁致伸缩效应的强弱即材料伸长缩短的程度，因铁磁材料的不同而各异。镍的磁致伸缩效应最大，如果度，因铁磁材料的不同而各异。镍的磁致伸缩效应最大，如果先加一定的直流磁场，再通以交变电流时，它可以工作在特性先加一定的直流磁场，再通以交变电流时，它可以工作在特性最好的区域。最好的区域。 磁致伸缩传感器的材料除镍外，还有铁钻钒合金磁致伸缩传感器的材料除镍外，还有铁钻钒合金和含锌、镍的铁氧体。它们的工作效率范围较窄，仅在

17、几万赫和含锌、镍的铁氧体。它们的工作效率范围较窄，仅在几万赫兹以内，但功率可达十万瓦，声强可达几千瓦每平方毫米，且兹以内，但功率可达十万瓦，声强可达几千瓦每平方毫米，且能耐较高的温度。能耐较高的温度。 信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系24超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的工作原理超声波传感器的工作原理l磁致伸缩式超声波传感器磁致伸缩式超声波传感器 磁致伸缩式超声波发生器是把铁磁材料置于交变磁场中，使磁致伸缩式超声波发生器是把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。它是用几个厚为它是用几个

18、厚为0.1-0.4mm的镍片叠加而成，片间绝缘以减少涡的镍片叠加而成，片间绝缘以减少涡流损失，其结构形状有矩形、窗形等。流损失，其结构形状有矩形、窗形等。 磁致伸缩式超声波接收器的原理是：当超声波作用在磁致伸磁致伸缩式超声波接收器的原理是：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场( ( 即导磁即导磁特性特性) ) 发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈里便获得感应电动势。此电势送到测量电路，最后记录或显示里便获得感应电动势。此电势送到测量电路，最后记录或显示出来。出

19、来。 信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系25超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系26耦合剂耦合剂 超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界面间面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大的衰强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大的衰减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，经常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满经常使

20、用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满在接触层中，起到传递超声波的作用。常用的耦在接触层中，起到传递超声波的作用。常用的耦合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。学浆糊等。 超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系27各种超声波探头各种超声波探头 （以下参考常州（以下参考常州市常超检测设备有限公司资料）市常超检测设备有限公司资料）超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系28v超声波传感器的应用超声波传感器的应用超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系29v超声波传感器的应

21、用超声波传感器的应用超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波测厚超声波测厚 在脉冲回波法测量试件厚度时，超声波探头与被测试件在脉冲回波法测量试件厚度时，超声波探头与被测试件某一表面相接触。由主控制器产生一定频率的脉冲信号，送某一表面相接触。由主控制器产生一定频率的脉冲信号，送往发射电路，经电流放大后加在超声波探头上，从而激励超往发射电路，经电流放大后加在超声波探头上，从而激励超声波探头产生重复的超声波脉冲。脉冲波传到被测试件另一声波探头产生重复的超声波脉冲。脉冲波传到被测试件另一表面后反射回来，被同一探头接收。若已知超声波在被测试表面后反射回来，被同一探头接收。若

22、已知超声波在被测试件中的传播速度件中的传播速度v，设试件厚度为，设试件厚度为 d，脉冲波从发射到接收的，脉冲波从发射到接收的时间间隔时间间隔t可以测量，则可求出被测试件厚度为可以测量，则可求出被测试件厚度为信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系302v td超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波测厚超声波测厚 用超声波传感器测量零件厚度，具有测量精度高，操作用超声波传感器测量零件厚度，具有测量精度高，操作安全简单，易于读数，能实现连续自动检测，测试仪器轻便安全简单，易于读数，能实现连续自动检测，测试仪器轻便等诸多优点。但是，对于声衰减很大的材料，以及表面凹凸等

23、诸多优点。但是，对于声衰减很大的材料，以及表面凹凸不平或形状极不规则的零件，利用超声波实现厚度测量比较不平或形状极不规则的零件，利用超声波实现厚度测量比较困难。困难。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系31超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系32手持式超声波测厚仪手持式超声波测厚仪超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系33石料测厚石料测厚超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系34混凝土测厚混凝土测厚木材测厚木材测厚小提琴小提琴 木料测厚木料测厚超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系35

24、超声波测距超声波测距 空气超声探头发射超声脉冲，到达被测物时，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出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t t，再乘以空气的声速（，再乘以空气的声速（340m/s340m/s），就是超声脉冲），就是超声脉冲在被测距离所经历的路程，除以在被测距离所经历的路程，除以2 2就得到距离。就得到距离。 超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波测物位超声波测物位 存于各种容器内的液体表面高度及所在的位置称

25、为液位；存于各种容器内的液体表面高度及所在的位置称为液位；固体颗粒、粉料、块料的高度或表面所在位置称为料位。两者固体颗粒、粉料、块料的高度或表面所在位置称为料位。两者统称为物位。统称为物位。 超声波测量物位是根据超声波在两种介质的分界面上的反超声波测量物位是根据超声波在两种介质的分界面上的反射特性而工作的。射特性而工作的。 信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系36超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波测物位超声波测物位 根据发射和接收换能器的功能，超声波物位传感器可根据发射和接收换能器的功能，超声波物位传感器可分为单换能器和双换能器两种。单换能器在发射和接收

26、超声分为单换能器和双换能器两种。单换能器在发射和接收超声波时均使用一个换能器，而双换能器对超声波的发射和接收波时均使用一个换能器，而双换能器对超声波的发射和接收各由一个换能器担任。各由一个换能器担任。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系37超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波测物位超声波测物位 超声波传感器可放置于水中，让超声波在液体中传播。超声波传感器可放置于水中，让超声波在液体中传播。由于超声波在液体中衰减比较小，所以即使产生的超声波脉由于超声波在液体中衰减比较小，所以即使产生的超声波脉冲幅度较小也可以传播。冲幅度较小也可以传播。 超声波传感器也可以安

27、装在液面的上方，让超声波在空超声波传感器也可以安装在液面的上方，让超声波在空气中传播。这种方式便于安装和维修，但超声波在空气中的气中传播。这种方式便于安装和维修，但超声波在空气中的衰减比较厉害。如果从发射超声波脉冲开始，到接收换能器衰减比较厉害。如果从发射超声波脉冲开始，到接收换能器接收到反射波为止的这个时间间隔为已知，就可以求出分界接收到反射波为止的这个时间间隔为已知，就可以求出分界面的位置，利用这种方法可以实现对物位的测量。面的位置，利用这种方法可以实现对物位的测量。 信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系38超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波测物位超

28、声波测物位 信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系39超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波测物位超声波测物位 对于单换能器来说，超声波从发射到液面，又从液面反对于单换能器来说，超声波从发射到液面，又从液面反射回换能器的时间间隔为：射回换能器的时间间隔为：信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系402htv 2v th 对于双换能器来说，超声波从发射到被接收经过的路程对于双换能器来说，超声波从发射到被接收经过的路程为为2s2v ts。22hsas超声波反射点到换能器的距离超声波反射点到换能器的距离a两换能器间距之半两换能器间距之半超声波传感器超声波传感器超声波

29、传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波测物位超声波测物位 超声波物位传感器具有精度高、使用寿命长、安装方超声波物位传感器具有精度高、使用寿命长、安装方便、不受被测介质影响、可实现危险场所的非接触连续测便、不受被测介质影响、可实现危险场所的非接触连续测量等优点。其缺点是：若液体中有气泡或液面发生波动，量等优点。其缺点是：若液体中有气泡或液面发生波动，便会有较大的误差。在一般使用条件下，它的测量误差为便会有较大的误差。在一般使用条件下，它的测量误差为士士0.1% ，测量范围为，测量范围为10-2-104m。 信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系41超声波传感器超声波传

30、感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系42 在液罐上方安装空气传导在液罐上方安装空气传导型超声发射器和接收器，根据型超声发射器和接收器，根据超声波的往返时间，就可测得超声波的往返时间，就可测得液体的液面。液体的液面。 超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波测流量超声波测流量 超声波测量流体流量是利用超声波在流体中传输时，在静超声波测量流体流量是利用超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。流速和流量。 图中图中v为被测流体的平均流速，为被测流体的平均流速

31、，c为超声波在静止流体中的传为超声波在静止流体中的传播速度，播速度， 为超声波传播方向与流体流动方向的夹角为超声波传播方向与流体流动方向的夹角( ( 必须必须小于小于 90 度度),),A、B 为两个超声波换能器，为两个超声波换能器，L为两者之间距离为两者之间距离。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系43超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波测流量超声波测流量时差法时差法相位差法相位差法频率差法频率差法 信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系44 超声波流量传感器具有不阻碍流体流动的特点，实现了非超声波流量传感器具有不阻碍流体流动的特点，实现了非接触测量。

32、它可测流体种类很多，不论是非导电的流体、高黏接触测量。它可测流体种类很多，不论是非导电的流体、高黏度的流体、浆状流体，只要能传输超声波的流体都可以进行测度的流体、浆状流体，只要能传输超声波的流体都可以进行测量。超声波流量计可用来对自来水、工业用水、农业用水等进量。超声波流量计可用来对自来水、工业用水、农业用水等进行测量，还可用于下水道、农业灌溉、河流等流速的测量。行测量，还可用于下水道、农业灌溉、河流等流速的测量。超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系45同侧式超声波流量计的使用同侧式超声波流量计的使用 超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系

33、46超声波流量计现场使用超声波流量计现场使用超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波无损探伤超声波无损探伤穿透法探伤穿透法探伤 穿透法探伤是根据超声波穿透工件后能量的变化情况穿透法探伤是根据超声波穿透工件后能量的变化情况来判断工件内部质量。来判断工件内部质量。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系47超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波无损探伤超声波无损探伤穿透法探伤穿透法探伤 该方法采用两个超声波换能器，分别置于被测工件相该方法采用两个超声波换能器，分别置于被测工件相对两个表面，其中一个发射超声波，另一个接收超声波。对两个表面

34、，其中一个发射超声波，另一个接收超声波。 发射超声波可以是连续波，也可以是脉冲信号。发射超声波可以是连续波，也可以是脉冲信号。 当被测工件内无缺陷时，接收到的超声波能量大，显当被测工件内无缺陷时，接收到的超声波能量大，显示仪表指示值大；当工件内有缺陷时，部分能量被反射，示仪表指示值大；当工件内有缺陷时，部分能量被反射，因此接收到的超声波能量小，显示仪表指示值小。因此接收到的超声波能量小，显示仪表指示值小。 根据这根据这个变化，即可检测出工件内部有无缺陷。个变化，即可检测出工件内部有无缺陷。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系48超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用

35、l超声波无损探伤超声波无损探伤反射法探伤反射法探伤 反射法探伤是根据超声波在工件中反射情况的不同来反射法探伤是根据超声波在工件中反射情况的不同来探测工件内部是否有缺陷。探测工件内部是否有缺陷。 它又分为一次脉冲反射法和多次脉冲反射法两种。它又分为一次脉冲反射法和多次脉冲反射法两种。信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系49超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波无损探伤超声波无损探伤反射法探伤反射法探伤信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系50超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波无损探伤超声波无损探伤反射法探伤反射法探伤信息与

36、控制学院仪器系信息与控制学院仪器系51 测试时，将超声波探头放于被测工件上，并在工件上来回测试时，将超声波探头放于被测工件上，并在工件上来回移动进行检测。由高频脉冲发生器发出脉冲移动进行检测。由高频脉冲发生器发出脉冲( (发射脉冲发射脉冲T) T) 加在加在超声波探头上，激励其产生超声波。探头发出的超声波以一定超声波探头上，激励其产生超声波。探头发出的超声波以一定速度向工件内部传播。其中，一部分超声波遇到缺陷时反射回速度向工件内部传播。其中，一部分超声波遇到缺陷时反射回来，产生缺陷脉冲来，产生缺陷脉冲F F，另一部分超声波继续传至工件底面后也反，另一部分超声波继续传至工件底面后也反射回来，产生

37、底脉冲射回来，产生底脉冲B B。缺陷脉冲。缺陷脉冲F F和底脉冲和底脉冲B B被探头接收后变为被探头接收后变为电脉冲，并与发射脉冲电脉冲，并与发射脉冲T T一起经放大后，最终在显示器荧光屏上一起经放大后，最终在显示器荧光屏上显示出来。显示出来。超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波无损探伤超声波无损探伤反射法探伤反射法探伤信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系52 通过荧光屏即可探知工件内是否存在缺陷、缺陷大小及位通过荧光屏即可探知工件内是否存在缺陷、缺陷大小及位置。若工件内没有缺陷，则荧光屏上只出现发射脉冲置。若工件内没有缺陷，则荧光屏上只出现发射脉冲T T

38、和底脉冲和底脉冲B B，而没有缺陷脉冲，而没有缺陷脉冲F F；若工件中有缺陷，则荧光屏上除出现发；若工件中有缺陷，则荧光屏上除出现发射脉冲射脉冲T T和底脉冲和底脉冲B B之外，还会出现缺陷脉冲之外，还会出现缺陷脉冲F F。荧光屏上的水平。荧光屏上的水平亮线为扫描线亮线为扫描线( (时间基准时间基准) )，其长度与时间成正比。由发射脉冲、，其长度与时间成正比。由发射脉冲、缺陷脉冲及底脉冲在扫描线上的位置，可求出缺陷位置。由缺缺陷脉冲及底脉冲在扫描线上的位置，可求出缺陷位置。由缺陷脉冲的幅度，可判断缺陷大小。当缺陷面积大于超声波声束陷脉冲的幅度，可判断缺陷大小。当缺陷面积大于超声波声束截面时，超

39、声波全部由缺陷处反射回来，荧光屏上只出现发射截面时，超声波全部由缺陷处反射回来，荧光屏上只出现发射脉冲脉冲T T和缺陷脉冲和缺陷脉冲F F，而没有底脉冲，而没有底脉冲 B B。超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波无损探伤超声波无损探伤反射法探伤反射法探伤信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系53超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波无损探伤超声波无损探伤反射法探伤反射法探伤信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系54 多次脉冲反射法是以多次底波为依据而进行探伤的方法。多次脉冲反射法是以多次底波为依据而进行探伤的方法。超声波探头

40、发出的超声波由被测工件底部反射回超声波探头时，超声波探头发出的超声波由被测工件底部反射回超声波探头时，其中一部分超声波被探头接收，而剩下部分又折回工件底部，其中一部分超声波被探头接收，而剩下部分又折回工件底部，如此往复反射，直至声能全部衰减完为止。如此往复反射，直至声能全部衰减完为止。 因此，若工件内无因此，若工件内无缺陷，则荧光屏上会出现呈指数函数曲线形式递减的多次反射缺陷，则荧光屏上会出现呈指数函数曲线形式递减的多次反射底波底波( (见图见图(b)(b)。若工件内有吸收性缺陷时，声波在缺陷处的衰。若工件内有吸收性缺陷时，声波在缺陷处的衰减很大，底波反射的次数减少减很大，底波反射的次数减少(

41、 (见图见图(c)(c)。若缺陷严重时，底波。若缺陷严重时，底波甚至完全消失甚至完全消失( (见图见图(d)(d)。据此可判断出工件内部有无缺陷及缺。据此可判断出工件内部有无缺陷及缺陷严重程度。陷严重程度。 当被测工件为板材时，为了观察方便，一般常采当被测工件为板材时，为了观察方便，一般常采用多次脉冲反射法进行探伤。用多次脉冲反射法进行探伤。超声波传感器超声波传感器信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系55超声波探伤超声波探伤 超声波探伤是目前应超声波探伤是目前应用十分广泛的无损探用十分广泛的无损探伤手段。它既可检测伤手段。它既可检测材料表面的缺陷，又材料表面的缺陷，又可检测内部几米深的可检测内部几米深的缺陷，这是缺陷，这是x x光探伤所光探伤所达不到的深度。达不到的深度。 A A型超声探伤反型超声探伤反射波形射波形裂纹裂纹信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系56起始波起始波 缺陷反射波缺陷反射波 底波底波工件工件缺陷缺陷超声波传感器超声波传感器超声波传感器超声波传感器v超声波传感器的应用超声波传感器的应用l超声波清洗超声波清洗信息与控制学院仪器系信息与控制学院仪器系57 当弱的声波信