物性型传感器

第三章物性型传感器课时安排：2课时安排：2难点： 压电传感器的测量电路教材分析 重点： 压电效应、压电式传感器的测量电路教学目的和要求 |1、了解压电元件的分类; 2、、掌握压电效应及压电式传感器的测量电路采用教学方法和实施步骤： 讲授、课堂讨论、分析一、 物性型传感器：（按传感器转换原理分类：结构型、物性型、复合型）物性型传感器是利用材料的固态物理特性及效应实现非电量转换的传感器。常见:压电式、霍尔式、光纤式、光电式等。二、 压电材料：压电材料可分为四类：压电晶体、压电半导体、压电陶瓷、有机高分子压电材料（PVDF）。石英晶体、钛酸钡（BaTiO3）、锆钛酸铅等都是较好的压电材料。参数：£r大小决定固有电容的大小，其值大，则可减小分布电容的影响，低频性能好。石英晶体的温度稳定性能好，每升高1°C,压电系数仅减小0.016%。三、压电式传感器教学内容1、 压电式传感器是一种典型的有源传感器（或发电型传感器）。它利用压电效应把非电量转换成电量。它是一种力敏元件，凡是能够变换为力的物理量均可用其进行测量。同时，它又是一种可逆型换能器，常用作超声波发射与接收装置。压电式传感器的基本原理就是利用压电材料的压电效应这个特性，即当有力作用在压电材料上时，传感器就有电荷（或电压）输出。在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的'居里点”）。教学内容2、 压电效应：当沿着一定方向对某些电介质施力使其变形时，其内部便会产生极化现象，同时在它们的上下表面会产生符号相反的等量电荷；当外力消失后，又回到不带电状态，这种现象称为压电效应。当外力方向改变时，其表面产生的电荷极性也随之改变。3、 逆压电效应：若在电介质的极化方向上施加电场，它将产生机械形变，这种现象称为逆压电效应。4、 石英晶体的压电效应：***石英晶体不是在哪个方向上都产生压电效应。F[<0时，在x轴正方向产生正电荷，在x轴反方向上产生负电荷。在y轴和z轴上都不产生电荷。Fx>0时，在x轴反方向产生正电荷，在x轴正方向上产生负电荷。在y轴和z轴上都不产生电荷。我们用三条互相垂直的轴来表示石英晶体的各向，纵向轴称为光轴（z轴）；经过棱线并垂直于光轴的称为电轴（x轴），此面上压电效应最强；与光轴、电轴同

时垂直的称为机械轴（y轴）。沿电轴方向产生电荷的压电效应为横向压电效应；沿机械轴方向的力作用下产生电荷的压电效应为纵向压电效应；在光轴方向受力时不产生压电效应。纵向压电系数：在晶体的线性弹性范围内，电荷量与力成正比，即：Q12=d11Fx。d]]为纵向压电系数，典型值为2.31x10-12C/N。纵向压电效应与晶体的尺寸无关。（厚度变形）当施加压缩力时，在朝向x轴正方向的一面产生正电荷，另一面则产生负电荷，当施加拉伸力时，电荷的极性相反。横向压电系数：沿y轴施力为Fy，电荷仍出现在与x轴垂直的平面上，其电荷量为Qy=di2:Fy,di2=—d]]，l为压电片的长度，5为压电片的厚度。横向压电效应与晶片的几何尺寸有关，横向压电效应的方向与纵向压电效应相反。（长度变形）0)尸E5、 压电陶瓷需经过极化处理后才具有一定的压电效应。极化处理后的压电陶瓷材料，在其极化方向（定为z轴）压电效应，但其过程不同于石英晶体压电过程。Q=d33F6、 高分子压电材料（PVDF）四、测量电路：10)尸E5、 压电陶瓷需经过极化处理后才具有一定的压电效应。极化处理后的压电陶瓷材料，在其极化方向（定为z轴）压电效应，但其过程不同于石英晶体压电过程。Q=d33F6、 高分子压电材料（PVDF）四、测量电路：1、等效电路压电晶体在受外力作用下，其电极表面产生正负极性的电荷，因此可以看成一个静电发生器，其类似一个以压电材料为电介质的电容器C如图所示。**压电晶体不适合静上施加外力时将会产生ua(a)压电悖感器的完整等效电路匚传感器的电容U前置放大器输入电容G连接导线对地电容配包括连接导线在内的传感器绝壕电ME前置故大器的输入电阻2、压电传感器本身的内阻抗很高，而输出能量较小，因此它的测量电路通常需要接入一个高输入阻抗前置放大器。其作用为：一是把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗；二是放大传感器输出的微弱信号。压电传感器的输出可以是电压信号，也可以是电荷信号，因此前置放大器也有两种形式：电压放大器和电荷放大器。3、测量电路：（1）压电传感器前置放大器的作用：由于传感器内阻很大，而输出信号很小，其作用有：a、将传感器的高输出阻抗变换成放大器的低输出阻抗一般不能直接取用，故需加装前置放大器，b、放大器放大传感信号(2)前置放大器的形式根据压电传感器等效电路可知，传感器可以是电压形式输出也可以是电荷形式输出，所以相应有二种放大器：电压型放大器、电荷型放大器。电荷放大器常作为压电传感器的输入电路，由一个反馈电容Cf和高以〜以=_q增益运算放大器构成。由于运算放大器输入阻抗极高，放大器输入u^u^~~c端几乎没有分流，故可略去Ra和R.并联电阻。 f电荷威大器原理电路图(1+A)Cf>>Ca+C+C,oC>>—电荷威大器原理电路图f根据深度负反馈原理，得：U0 Qn输出电压正比于输入电荷。f当频率比较低时，1/Rf不可忽略。五、压电片的连接方式在实际使用中电压电片的连接不同，具有不同的灵敏度，采用增加压电片的数目和适当的连接方式，可以提高传感器的灵敏度。压电片的并联形式：并联形式片上的负极集中在中间极上，其输出电容L"为单片电容的2倍，输出电压*等于单片电压、电荷量/为单片的与倍。即顼由，L厂L«压电片的串联形式正电荷集中在上极板负电荷集中在下极板，中间的上极板产生的负电荷与下极板产生的正电荷相互抵消。由此可知，输出总电荷/等于单片电荷L输出电压L为单片电压□的两倍，总电容七"为单片电容。的一半。c-C即YnL如， 2，./外壳预压弹簧〜质量块基座，./外壳预压弹簧〜质量块基座1、压电式加速度传感器：一种压电式加速度传感器的结构图。它主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成。整个部件装在外壳内，并由螺栓加以固定。作业P3-1、2、3

课时安排：2课时安排：2难点： 集成霍尔传感器的应用教材分析 重点： 霍尔效应；霍尔电动势教学目的和要求 |1、了解霍尔效应;2、掌握影响霍尔电动势的因素及集成霍尔传感器的应用；采用教学方法和实施步骤： 讲授、课堂讨论、分析、幻灯放映、磁敏式传感器磁敏式传感器是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的。有霍尔传感器、磁敏二极管、磁敏晶体管等。磁敏传感器的应用范围可分为模拟用途和数字用途两种。例如利用霍称传感器测量磁场强度，用磁敏电阻、磁敏二极管作无接触式开关等。二、霍尔传感器:1、原理：霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。它是由霍尔元件、磁场、电源构成。将半导体薄片置于垂直于磁感应强度为B的磁场中，当沿导线方向通过控制电流I时，则载流子受垂直于I和B洛伦兹力的作用而向半导体两侧偏转，从而在垂直于I和B的方向产生电动势E，这种物理现象称为霍尔效应，半导体薄片称为霍尔片。H教学内容其大小为Eh=KhIB，匕称为霍尔元件的灵敏度系数，Eh与薄片的厚度、半导体材料中的电子浓度有关，与I和B的大小和方向都有关。 H教学内容为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。E是供给元件的控制电源，R是用来调节电流的大小，Rf为霍尔元件输出端的负载电阻，通常它是放大器或记录仪表的输入阻抗。2、材料:若要霍尔效应强，则希望有较大的霍尔系数RH，因此要求要求霍尔片材料有较大的电阻率和载流子迁移率。目前，常用的霍尔元件材料是N型硅，它的霍尔灵敏度系数、温度特性、线性度较好霍尔元件一般是用锗Ge、硅、砷化铟QnAs）、锑化铟（InSb）等半导体材料制成，其中InAs霍尔器件的温度特性和线性都好，而Ge易加工，输出特性、线性度较好，这种元件适用测量指示仪表。由于霍尔传感中的霍尔元件由半导体制成，因此霍尔元件可作成很薄，薄膜霍尔元件只有1Rm，d越小，K=RK=R/d就越大。当霍尔元件在个线性梯度磁场中移动时，输出的霍尔电势反映了磁场变化，由此可测微小位移。3、外形：霍尔元件的外形、结构、符号如图所示，霍尔元件由霍尔片、4根引线和外壳组成，霍尔片是一块矩形半导体晶片（一般为4x2x0.1mm2），其壳体是非导磁金属陶瓷或环氧树脂封装，4根引线中，通常2根红色引线是控制电流导线，焊接在图中a、b处，c、d霍尔电极引线的导线常为绿色。外形 符号外形 符号4、霍尔元件的主要参数：（1） 输入电阻Ri和输出电阻R0：输入电阻是指激励电极间的电阻称为输入电阻，霍尔电极间的电阻称为输出电阻。规定要在室温环境中测取。（2） 不等位电势和不等位电阻当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位置磁感应强度为零，则它的霍尔电势应该为零，但实际不为零.这时测得的空载霍尔电势称不等位电势，产生这一现象的原因有：霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上；半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀；激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等.三、 霍尔集成电路：霍尔集成电路，是将霍尔元件、放大器、稳压电源、功能电路及输出电路等集成在一块芯片上构成的。目前已有的霍尔集成电路可分为线性和开关两类。有扁平封装、双列直插封装和软封装几种。四、 霍尔式传感器的应用原理：1） 维持I不变，可构成磁场强度计、霍尔转速表、角位移测量仪、磁性产品计数器及基于测量微小位移的霍尔式加速度计、微压力计等。2） 当I、B两者都为变量时，可构成模拟乘法器、功率计等。保持8不变时，可做成过电流检测装置等。霍尔元件霍尔元件 霍尔元件1、位移测量：关键是建立一个线性变化的磁场。在两个结构相同、磁场相同而极性相反的磁钢间隙中，可产生一个线性变化的磁场。与被测物相连的霍尔片置于磁场气隙中，霍尔片随被测物沿x方向移动时，将感受线性变化的磁场。由于磁铁中间的磁感应强度B=0，因此霍尔元件输出的霍尔电势EH也等于零，此时位移牧=0。若霍尔元件在两磁铁中产生相对位移，霍尔元件的磁感应强度也随之改变，这时EH不为零，其量值大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量。这种结构的传感器，其动态范围可达5mm，分辨率为0.001mm。霍尔元件霍尔元件 霍尔元件若保持I不变，则Eh=Kx。可测微位移。（图1为磁场强度相同传感器，图2为简单的位移传感器，图3为结构相同的位移传感器。图2是由一块永久磁铁组成磁路的传感器，在霍尔元件处于初始位置x=0时，霍尔电势EH不等于零。图3为了获得较好的线性度，在磁极端面上装有极靴，霍尔元件调整好初始位置后，可以使EH=0，这种传感器灵敏度高，但测的位移量小，适用于测微位移。）2、转速测量：转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘随之转动，固定在转盘附近的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，使可知被测转速。根据磁性转盘上小磁铁数目多少就可确定传感器测量转速的分辨率。利用霍尔开关可以测量转速。霍尔开关每秒输出脉冲数N与转速n成正比。若在被旋转体上装的发信磁钢数为Z，利用计数器读取霍尔开关输出，则n=60f/Z.作业P3-4课题3：光电式传感器1课时安排：2教材分析难点：光电元件的使用重点：光电效应、光控电路的分析教学目的和要求1、 了解光电效应的分类；2、 掌握各种光电元件的状态和光控电路的分析；米用教学方法和实施步骤：讲授、课堂讨论、分析、幻灯放映一、光电效应概述光敏传感器（又称光电器件）是一种固态传感器。固态传感器是一种以半导体、电介质、铁电体为敏感材料，压力、磁、光、热、射线等因素的作用下，引起材料物理特性的变化（例：电阻值、电阻率、电导率等物理特性），检测这些物理特性达到反映被测参数的传感器。光敏传感器是其中的一种。它是基于一种光电效应。把光信号转换成电信号，不仅可测光的各种参量，还可把其它非电量转换成光信号以实现检测与转换。光电效应光是由被看作具有一定能量的光粒子组成，每个光子所具有的能量E正比于其光的频率。频率越高，能量越大。光射在物体上（半导体材料）可以看成是一串具有能量的光粒子轰击在物体上，物体吸收了能量为E的光后产生了电效应。「， ,cE-h=h—教光子能量 入其中h 普朗克常数h=6-626x10-34（J.S）其中7_—光频率c_—光速 入_—光波波长当物质受光照后，物质的电子吸收了光子的能量所产生的电现象称为光电效应。二、光电效应形式从变换效果来看有以下两大类型外光电效应（光电子发射效应）是指在光照的作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象n光电管属此种效应。有光敏二极管、光电倍增管及紫外线传感器等。1 ―.、 E=hy=2mv2+Am 电子质量，V0电子逸出速度，A 电子逸出表面的功由此可知:

1） 物体内电子吸收入射光子能量足以克服逸出功A时，电子就能逸出物体表面。即E=伽〉A时，才会产生电子发射现象。这就意味着每一种物体都具有一个对应的光频值或称红限频率。2） 当入射光的频谱成份不变时，产生的光电效应与光强度成正比。即：光强愈大，逸出电子越多。3） 电子逸出表面具有一定功能，会有光电流产生。单位时间内发射的光电子数称为光电流，它与入射光的光强成正比。内光电效应是指在光的照射下，半导体材料的电阻率发生变化的现象，或产生一定的光生电动势现象n光敏电阻，光敏晶体管以及光电池属于此类效应。根据产生的效应不同可以有以下两种：（光电导效应、光电动势效应及热电效应。1） 光电导效应（光敏电阻）其效应的物理过程是：在光照下，半导体材料中价带电子吸收了光子能量从键合状态过渡到自由状态，从而引起材料中的电子一一空穴对浓度增加，加大了材料的电导率。2） 光生伏特效应（光电池、光敏晶体管）在光照下，物体内部产生一定方向的电动势现象。由PN结单向导电性的结构型光电器件例二极管，三极管（二个PN结）在光照下，PN结附近吸收光子能量，产生自由电子浓度增加（电子——空穴对浓度f），在外加电场和内电场的作用下，P区电子进入N区，N区空穴进入P区，最后通过PN结的反向电流加大，形成了光电流。3） 光的热电效应利用人体幅射的红外线的热效应制成热释电传感器。三、光电元件：光敏电阻原理及结构1、 原理光敏电阻，又称光导管，基于内光电效应中光电导效应。是一种均匀半导体光电元件，当有光照射时其电阻值降低。将其与一电阻串联接在一个电源上，便可把光信号转换成电信号。2、结构与材料 12十1）结构如图所示 r\krn42）材料可以除硅、锗以外还有硫化物、硒化物、碲化物之类的半导体材料。山跳敏电阻的结构和符号（用结枸（方）电概（r）符号1山跳敏电阻的结构和符号（用结枸（方）电概（r）符号1光导层2玻璃窗口3金属外壳4电极5陶瓷基座&黑色绝缘玻璃7电极引线3、光敏电阻的主要参数和特性（1）暗电阻、亮电阻、光电流暗电阻一一在室温下全暗条件下，经过一段时间之后测量所得的电阻。一般可在MQ级甚至可达100MQ，此时在一定电压下流过的电流n称暗电流。亮电阻一一在光照下的阻值，一般可达KQ级，希望其越小越好，对应的电流一一称亮电流。光电流

亮电流与暗电流之差称光电流，希望其值越大越好，光电流大，相应光敏电阻的灵敏度k增大。（2）光照特性是指光敏电阻的光电流与光照强度（lx）之间的关系。如图所示，不同材料的光敏电阻，其特性不同，但其特性均呈现非线性。四、光电池原理：1、 光电池是利用光生伏特效应把光直接转变成电能的器件。通常用于把太阳能转变成电能，所以又称太阳能电池。2、 硅光电池，硒光电池和砷化镓光电池、硅电池硅光电池应用广泛，价格低，光电转换效率高，适于接收红外光（0.4-1.2|jm），峰值波长0.8pm）；硒光电池，转换效率低，工艺成熟，适于接收可见光C0.3-0.7pm）（响应峰值波长0.56pm）；砷化镓电池，转换效率高，光谱响应特性与太阳光谱吻合。耐辐射，在宇宙电源方面应用广泛。3、 光电池工作电路及符号如图所示，光电池表示符号4、 工作原理：半导体附在PN结上，光电池吸收光子能量，在PN结上产生光生载流子，于是在过渡区形成电场；在电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动，在P区积累正电荷，N型积累负电荷，两者之间形成电位差。5、 基本特性1）光照特性光生电动势，光电流与光照强度之间的关系。如图所示，有二条特性曲线①开路状态下（Rl—8）开路电压（UOC（V）与光照度（lx）为非线性关系短路状态下（Rl—0）短路电流ISC与照度lx之间成线性关系，由以上特性决定，当光电池作为测量元件时应取短路电流形式。③负载电阻Rl越小，光电流与光强度之间的线性越好，如图所示。开路电压UOC随温度T上升下降很快3mV/°C。短路电流ISC随温度T上升缓慢上升2x10一6A/°C

光电池作光测量元件使用时，应注意采取相应的温度补偿措施。五、光敏二极管和三极管原理、结构1、光敏二极管，三极管原理结构示意图如图所示，光敏二极管，三极管类似普通晶体管，但只有二个极。光敏三极管对光电流有放大作用，较二极管灵敏度高。光敏感二极管区别于普通二极管是PN结面积较大、距表面较浅，上电极较小。类似普通的二极管和三极管，但是光敏三极管特性的参变量不是基极电流而是光照强度。a）三极管电流比二极管电流大几百倍；b）零偏压下，二极管有输出光电流，而三极管没有光电流输出在一定偏压下，输出光电流与光照强度（lx）之间的关系大致成线性关系，其中二极管的特性线性较好。常用作光检测元件。当集电极加上正电压，基极开路时，基极一集电极处于反向偏置状态。当光照射在基—集结上，就会在该PN结上产生光电流，形成基极电流，与三极管相似，集电极电流是基极光电流的几十倍，因而光敏三极管可获得电流增益。由于光敏三极管基极电流是由光电流供给，因此，一般基极不需外接点。六、光控电路分析：a)烟修尚田亩改a)烟修尚田亩改光敏二极管应用电路练习课后光控电路的分析作业P3-11

课题4：光电式传感器 课时安排：2教材分析难点：热释电传感器重点：热释电传感器的原理及应用、光电式传感器的分类及应用教学目的和要求1、 了解光电式传感器的分类；2、 掌握热释电传感器的原理；米用教学方法和实施步骤：讲授、课堂讨论、分析、幻灯放映一、 光电传感器类型1、按光电传感器输出量性质分：1.模拟式光电传感器将被测量一、 光电传感器类型1、按光电传感器输出量性质分：1.模拟式光电传感器将被测量X转换成连续变化的光电流输出且与被测量之间是单值关系。n一般作测量元件。根据光通路的不同可以有以下几种情形，如书中第71页图所示。光源本身是被测物发出的光通量射向光电元件，例照度计，光电比色高温计（被测物是光源）恒定光源发射其光通量穿过被测物且被部分吸收，例透明度，混蚀度的测试（被测物能吸收光通量）恒定光源发射，被测物进行反射改变光通量，例粗糙度，纸张的白洁度测试（被测物是有反射能力的表面）恒定光源发射，被测物遮挡部分，减弱光通量，例被测物的位置，尺寸大小，振荡状态等测量（被测物遮盖光通量）脉冲式光电传感器将被测量X转换成断续变化的光电流输出，一般可用作开关器件，用于光继电器式检测装置中或多类计数器，转速表中。二、 应用1、光电耦合器件及其作用。1） 一种由一发光元件和一光电元件同时封装在一个外壳内组合面成的转换元件。2） 作用：使器件在输出一一输出在电气上进行绝缘并具有良好的单向传输隔离性能。结构上有金属封装和塑料封装二种形式发光元件采用砷化镓发光二极管，波长在0.94m左右红外光，随电压（电流）增加，光通量增大。光电元件：光敏三极管1)2)3)4)2、1)2)将发光器件和光敏器件组装在同一蔽光壳内，或用光导纤维把二者连接起来构成的器件。当输入端加电信号，发光器件发光，光敏器件受光照后，输出光电流，实现以光为媒介的电信号传输，从而实现输入和输出电流的电气隔离。广泛应用于隔离线路、开关电路等。三、热释电传感器1、 红外传感器：（也称为红外探测器）是能将红外辐射能转换成电能的光敏器件，它是红外探测系统的关键部件，其性能好坏，将直接影响系统性能的优劣。2、 热释电：热释电型传感器是一种具有极化现象的热晶体或称“铁电体”。铁电体的极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时，引起薄片温度升高，使其极化强度降低、表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫热释电型传感器。如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号的大小，取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外辐射的强弱。由此可见，热释电型红外传感器的电压晌应率正比于入射辐射变化的速率。3、 结构：内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用因而需要用电阻将其转换为电压形式该电阻阻抗高达104MQ，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。•:•只有铁电体温度处于变化过程中，才有电信号输出。•:•必须对红外辐射进行调制（或称斩光），使恒定的辐射变成交变辐射，不断引起传感器的温度变化，才能导致热释电产生，并输出交变的信号。作业 P3-7、8课题5：超声波传感器、光

纤传感器课时安排：2教材分析难点:超声波传感器、光纤传感器的原理重点:教学目的和要求超声波传感器、光纤传感器的原理及应用1课题5：超声波传感器、光

纤传感器课时安排：2教材分析难点:超声波传感器、光纤传感器的原理重点:教学目的和要求超声波传感器、光纤传感器的原理及应用1、 了解两种传感器的工作原理;2、 掌握两种传感器的分类及应用；采用教学方法和实施步骤:讲授、课堂讨论、分析、幻灯放映超声波传感器一、原理：超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的。二、 波的分类：人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。三、 超声波的波形：超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。四、 超声波的反射和折射超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律，与可听声波的规律并没有本质上的区别。（1） 反射定律入射角a的正弦与反射角a/的正弦之比等于波速之比。当入射波和反射波的波型相同、波速相等时，入射角a等于反射角a，。（2） 折射定律入射角a的正弦与折射角6的正弦之比等于入射波中介质的波速C1与折射波中介质的速C2之比。（3）超声波的衰减：声波在介质中传播时，能量的衰减决定于声波的扩散、散射和吸收。固体介质的结构情况对声波在其中的吸收有很大的影响。例如，均匀介质对超声波的吸收并不显著，而当介质结构不均匀时，声吸收情况将发生明显变化。五、 超声波的特点：超声波的波长很短，只有几厘米，甚至千分之几毫米。与可听声波比较，超声波具有许多奇异特性：传播特性一一超声波的波长很短，通常的障碍物的尺寸要比超声波的波长大好多倍，因此超声波的衍射本领很差，它在均匀介质中能够定向直线传播，超声波的波长越短，这一特性就越显著。功率特性一一当声音在空气中传播时，推动空气中的微粒往复振动而对微粒做功，声波功率就是表示声波作功快慢的物理量。在相同强度下，声波的频率越高，它所具有的功率就越大。六、 应用：压电晶体组成的超声波传