超声波传感器

1、超声波传感器 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。1 超声波及其性质声波的分类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。2、可闻声波(2020000HZ） 美妙的音乐可使人陶醉。3、超声波(f 20000HZ ) 蝙蝠能发出和听见超声波。 超声波与可闻声波不同，它的指向性很好，可以被聚焦，具

2、有能量集中的特点，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。超声波雾化器超声波加湿器 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超声波在医学检查中的应用 胎儿的 B超影像超声换能器气泡波浪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

3、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。超声波清洗原理2、超声波传感器产生超声波和接收超声波的装置，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。1）组成：由压电晶片、吸收块(阻尼块)、保护膜等组成3）工作原理：逆压电效应将高频电振动转换成机械振动，以产生超声波。正压电效应将接收的超声振动转换成电信号。为直探头，可发射和

4、接收纵波；为斜探头，可发射和接收横波；为双探头 ，一个发射，一个接收；为水浸探头，可浸在液体中。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各种接触式斜探头

5、常用频率范围：15MHz接触法双晶直探头 将两个单晶探头组合装配在同一壳体内，其中一片发射超声波，另一片接收超声波。两晶片之间用一片吸声性能强、绝缘性能好的薄片加以隔离。双晶探头的结构虽然复杂些，但检测精度比单晶直探头高，且超声信号的反射和接收的控制电路较单晶直探头简单。 发射晶片接收晶片 水浸探头（可用自来水作为耦合剂） 选择声透镜形状，可决定聚焦形式为点聚焦或线聚焦。超声波探头中的压电陶瓷芯片 将数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当超声波经被测物反射回到压电晶片时，利用压电效应，将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。超声波探头不能直

6、接在被测物表面摩擦，必须在探头和被测物表面之间加入耦合剂耦合剂 的种类和选择 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。 在工业中，经常使用耦合剂，使之充满在接触层中，起到传递超声波的作用。常用的耦合剂有自来水、机油、甘油、胶水、化学浆糊等。 空气超声探头（续） 空气超声探头外形3、超声检测方法1）透射法 用两个探头，分别置于被测对象的相对两侧，一个发射超声波，一个接收超声波。2）反射法 通常采用一个超声波探头，兼做超声波发射和接收用。3）频率法 是利用超声波测量流速时采

7、用的方法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。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。 超声波传感器应用举例 超声波传感器应用举例（续） 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叠放高度测量超声波传感器应用举例（续）超声波传感器应用举例（续）物件放置错误检测纸卷直径检测超声波传感器应用举例（续）平整度测量超声波传感器应用举例（续）流水线计数超声波传感器应用举例（续）超声波流量计 F1发射的超声波先到达 T1 时间差法测量流量原理：在

8、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。 F1发射的超声波到达 F2的时间较短 发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧同侧式超声波流量计的使用 超声波流量计现场使用超声波多普勒测量车速多普勒效应 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。超声波测距 空气超声探头发射

9、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。 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 ： 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。 超声波测量液位和物位

10、 喇叭形 超声发生器超声波液位计原理 1液面 2直管 3空气超声探头 4反射小板 5电子开关 从显示屏上测得t0=2ms，th1=5.6ms。已知水底与超声探头的间距h2=10m，反射小板与超声探头的间距h0=0.34m，求液位h=？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。 汽车倒车防碰装置：汽车倒车防碰装置如下图，请根据学过的知识，分析该装置的工作原理 倒车声纳雷达示意图障碍物障碍物超声波探伤 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钢轨探伤车滑板式探头 高速钢轨探伤车铁路