超聲波傳感器案例PPT課件

1、2021-11-181目 錄n概述概述n一、超聲波物理基礎一、超聲波物理基礎n二、超聲波換能器及耦合技術二、超聲波換能器及耦合技術 n三、超聲波傳感器的應用三、超聲波傳感器的應用n四、超聲波無損探傷四、超聲波無損探傷 第1頁/共109頁2021-11-182概述：概述： 聲波的分類聲波的分類1.1.次聲次聲波 次聲波是頻率低于次聲波是頻率低于20Hz的聲波，人耳聽不到，的聲波，人耳聽不到，但可與人體器官發(fā)生共振，但可與人體器官發(fā)生共振，78Hz的次聲波會引起人的次聲波會引起人的恐怖感，動作不協(xié)調，甚至導致心臟停止跳動。的恐怖感，動作不協(xié)調，甚至導致心臟停止跳動。第2頁/共109頁2021-11

2、-1832.2.可聽聲波可聽聲波(20HZ-20KHZ)(20HZ-20KHZ) 美妙的音樂可使人陶醉。美妙的音樂可使人陶醉。第3頁/共109頁2021-11-1843.3.超聲波超聲波20KHZ20KHZ 蝙蝠蝙蝠能發(fā)出和能發(fā)出和聽見超聲聽見超聲波。波。第4頁/共109頁2021-11-185蝙蝠依靠超聲波捕食蝙蝠依靠超聲波捕食第5頁/共109頁2021-11-186 超聲波與可聽聲波不超聲波與可聽聲波不同，它可以被聚焦，具有同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點。能量集中的特點。超聲波霧化器超聲波霧化器超聲波加濕器超聲波加濕器第6頁/共109頁2021-11-187 壓電陶瓷或磁致伸縮材料在

3、高電壓窄脈沖作用下，壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下，可得到較大功率的超聲波，可以被聚焦，能用于集成可得到較大功率的超聲波，可以被聚焦，能用于集成電路及塑料的焊接。電路及塑料的焊接。 超聲波塑料超聲波塑料焊接機焊接機第7頁/共109頁2021-11-188超聲波金絲超聲波金絲焊接機焊接機第8頁/共109頁2021-11-189 超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質的分界面時，能產生明顯的反射和遇到兩種介質的分界面時，能產生明顯的反射和折射現象，這一現象類似于光波。折射現象，這一現象類似于光波。便攜式超聲波便攜式超聲波探魚器探魚器第9頁/

4、共109頁2021-11-1810工作原理： 傳感器探頭發(fā)射超聲波信號，遇到水底或魚群會反射回信號，然后檢測反射信號，處理數據，得出水底深度、魚所在水層。第10頁/共109頁2021-11-1811岸釣中的橫掃描岸釣中的橫掃描第11頁/共109頁2021-11-1812探魚器在冰釣中的使用探魚器在冰釣中的使用第12頁/共109頁2021-11-1813探魚器在船釣中的使探魚器在船釣中的使用用第13頁/共109頁2021-11-1814第14頁/共109頁2021-11-1815超聲波在醫(yī)學檢查超聲波在醫(yī)學檢查中的應用中的應用 胎兒的胎兒的 B超影像超影像第15頁/共109頁2021-11-18

5、16n三維三維B超醫(yī)學影像工作站超醫(yī)學影像工作站n三維超聲醫(yī)學影像工作站n是由三維超聲圖像處理軟件、計算機、高速圖像采集卡、彩色打印機等組成，在普通B超掃描成像的基礎上，形成三維影像并可進行影像存儲、回放及形成診斷報告等功能的裝置。n三維超聲成像能單獨顯示感興趣結構的立體形態(tài)和內部結構，它可使醫(yī)師獲得更多的組織信息，以作出更全面、更準確的分析。具有很高的臨床和研究價值。n三維超聲工作站能打印精美的三維圖像報告，特別是胎兒的圖像，是孩子的第一張照片，有極高的紀念意義，可以是醫(yī)院經濟效益創(chuàng)收的一種手段。第16頁/共109頁2021-11-1817n三維超聲醫(yī)學影像工作站特點：n1.只需一根視頻線進

6、行連接，不影響原有B超的任何功能。n2. 三維成像速度快，三維影像掃描時間為45秒，成像時間小于1秒。n3. 圖像清晰，能清晰顯示胎兒的體態(tài)、五官、臉形、四肢等，便于診斷胎兒畸形。n4.可在三維圖像中提取任一剖面、方位、角度進行分析。n5.可方便地去除多余組織圖像，突出感興趣區(qū)。n6.可對圖像進行放大、縮小、圖片反轉、角度變換等處。n7. 圖像有多達4種顏色變換以供選擇。n8.超聲專業(yè)術語數據庫，方便行成診斷報告。n9.可進行資料存檔，供您隨時調用、分析。n10. 圖文一體化的報告。第17頁/共109頁2021-11-1818第18頁/共109頁2021-11-1819超聲波用于高效清洗超聲波

7、用于高效清洗 當弱的聲波信號作用于液體中時當弱的聲波信號作用于液體中時，會對液體產生一定的，會對液體產生一定的負壓，即液體體積增加，液體中分子空隙加大，形成許多微負壓，即液體體積增加，液體中分子空隙加大，形成許多微小的氣泡；小的氣泡； 而而當強的聲波信號作用于液體時當強的聲波信號作用于液體時，則會對液體產生一定的，則會對液體產生一定的正壓，即液體體積被壓縮減小，液體中形成的微小氣泡被壓正壓，即液體體積被壓縮減小，液體中形成的微小氣泡被壓碎。碎。 經研究證明：超聲波作用于液體中時，液體中每個氣泡經研究證明：超聲波作用于液體中時，液體中每個氣泡的破裂會產生能量極大的沖擊波，相當于瞬間產生幾百度的的

8、破裂會產生能量極大的沖擊波，相當于瞬間產生幾百度的高溫和高達上千個大氣壓的壓力，這種現象被稱之為高溫和高達上千個大氣壓的壓力，這種現象被稱之為“空化空化作用作用”。 超聲波清洗超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產生的沖擊波來正是利用液體中氣泡破裂所產生的沖擊波來達到清洗和沖刷工件內外表面的作用。達到清洗和沖刷工件內外表面的作用。 超聲清洗多用于半導體、機械、玻璃、醫(yī)療儀器等行業(yè)。超聲清洗多用于半導體、機械、玻璃、醫(yī)療儀器等行業(yè)。第19頁/共109頁2021-11-1820超聲波清洗原理及清洗器超聲波清洗原理及清洗器超聲換能器超聲換能器氣泡氣泡波浪波浪清洗物清洗物第20頁/共109頁2021-1

9、1-1821一、超聲波物理基礎一、超聲波物理基礎 頻率高于頻率高于20kHz的機械振動波稱為超聲波。的機械振動波稱為超聲波。 它的指向性很好，能量集中，因此穿透本領大，它的指向性很好，能量集中，因此穿透本領大，能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。在遇到能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。在遇到兩種介質的分界面（例如鋼板與空氣的交界面）兩種介質的分界面（例如鋼板與空氣的交界面）時，能產生明顯的反射和折射現象。時，能產生明顯的反射和折射現象。 超聲波的頻率越高，其聲場指向性就愈好。超聲波的頻率越高，其聲場指向性就愈好。第21頁/共109頁2021-11-1822超聲波的波型超聲波的波型分類分類 超

10、聲波的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面超聲波的傳播波型主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種。波等幾種。 橫波是指震動方向與傳播方向相垂直的波橫波是質點振動方向與傳播方向垂直的機械波?？梢赃@樣理解，如果我們手拿平鋪在地上的繩子的一端，并上下抖動(振動)繩子，這時形成的波，呈水平方向向前傳播。振動方向垂直于地面，而且傳播方向水平向前，這就是橫波?？v波是指震動方向與傳播方向相同的波 縱波是質點的振動方向與傳播方向一致的波。如敲鑼時，鑼的振動方向與波的傳播方向就是一致的，聲波是縱波。第22頁/共109頁2021-11-1823縱縱波波第23頁/共109頁2021-11-1824橫波橫波 第24頁/共1

11、09頁2021-11-1825地 震n地震：是地殼快速釋放能量過程中造成振動，期間會產地震：是地殼快速釋放能量過程中造成振動，期間會產生地震波的一種自然現象。生地震波的一種自然現象。n地球上板塊與板塊之間相互擠壓碰撞，造成板塊邊沿及地球上板塊與板塊之間相互擠壓碰撞，造成板塊邊沿及板塊內部產生錯動和破裂，是引起地面震動（即地震）板塊內部產生錯動和破裂，是引起地面震動（即地震）的主要原因的主要原因 n據統(tǒng)計，地球上每年約發(fā)生據統(tǒng)計，地球上每年約發(fā)生500多萬次地震，即每天要發(fā)多萬次地震，即每天要發(fā)生上萬次地震。生上萬次地震。n其中絕大多數太小或太遠以至于人們感覺不到；其中絕大多數太小或太遠以至于人

12、們感覺不到；n真正能對人類造成嚴重危害的地震大約有一二十次；真正能對人類造成嚴重危害的地震大約有一二十次；n能造成特別嚴重災害的地震大約有一兩次。能造成特別嚴重災害的地震大約有一兩次。 第25頁/共109頁2021-11-1826第26頁/共109頁2021-11-1827第27頁/共109頁2021-11-1828第28頁/共109頁2021-11-1829第29頁/共109頁2021-11-1830第30頁/共109頁2021-11-1831地震：動物的先兆n是否有科學道理？你信嗎？第31頁/共109頁2021-11-1832李善邦研制的中國第一臺現代地震儀器，1939年n張衡地動儀n復原

13、模型：50年度n2002-2008第32頁/共109頁2021-11-1833n古今中外地震死亡人口之最：u大約1201年7月，近東和地中海東部地區(qū)的所有城市都遭地震破壞，死人最多, 估算約達110萬。u1556年1月23日發(fā)生在中國陜西華縣的8.0級地震造成的死亡人數比前者確鑿一些，廣大災民病死、餓死，數百里山鄉(xiāng)斷了人煙，估計死亡83萬余 第33頁/共109頁2021-11-1834n世界上第一次成功地預報并取得明顯減災實效的地世界上第一次成功地預報并取得明顯減災實效的地震：震：u1975年年2月月4日，海城地震（中國的地震工作者成功日，海城地震（中國的地震工作者成功地預報，被世界科技界稱為

14、地預報，被世界科技界稱為“地震科學史上的奇地震科學史上的奇跡跡”）n世界上最大的地震海嘯：世界上最大的地震海嘯：u1971年年4月月24日發(fā)生在日本琉球群島中的石垣島日發(fā)生在日本琉球群島中的石垣島（估計巨大海浪的波峰高達（估計巨大海浪的波峰高達84.7米，排山倒海的巨米，排山倒海的巨浪將重量達浪將重量達850噸的整珊瑚礁拋出噸的整珊瑚礁拋出2.092公里以上。公里以上。u這次海震所擊起的海浪，據測它的行進速度為每小這次海震所擊起的海浪，據測它的行進速度為每小時時788.557公里公里 第34頁/共109頁2021-11-1835n世界上有儀器記錄的最大地震：世界上有儀器記錄的最大地震：u196

15、0年年5月月22日日19時時11分，智利地震（分，智利地震（8.9級，因計算方法不同，也有級，因計算方法不同，也有9.5級的說法）級的說法）40 。n世界最典型的城市世界最典型的城市“直下型地震直下型地震”：u1976年的中國唐山地震和年的中國唐山地震和1995年的日本阪年的日本阪神地震神地震第35頁/共109頁2021-11-1836表面波表面波所謂所謂壓電效應壓電效應，即是當晶體受到機械作用時，將產生與壓力成正比的電，即是當晶體受到機械作用時，將產生與壓力成正比的電場的現象。具有壓電效應的晶體，在受到電信號的作用時，也會產生彈場的現象。具有壓電效應的晶體，在受到電信號的作用時，也會產生彈性

16、形變而發(fā)出機械波（聲波），即可把電信號轉為聲信號。由于這種聲性形變而發(fā)出機械波（聲波），即可把電信號轉為聲信號。由于這種聲波只在晶體表面?zhèn)鞑?，故稱為波只在晶體表面?zhèn)鞑ィ史Q為聲表面波聲表面波。聲表面波SAW（SurfaceAcousticWave）就是在壓電基片材料表面產生和傳播、且振幅隨深入基片材料的深度增加而迅速減少的彈性波。 一個實心的物體遭受撞擊時，可以測出兩種波，一種是縱波，一種是表面波，而空心的物體只能測到表面波?！翱v波”是一種穿透波，可以穿透物體，由表面的一邊經過物體中心傳導到另一邊?！氨砻娌ā比缤拿忠粯樱荒茉跇O淺的表面?zhèn)鬟f。但是，放置在月球上的月震儀，經過長時間的記錄，

17、都沒有記錄到縱波，全部都是表面波。根據這個現象，科學家非常驚訝地發(fā)現：月球是空心的！ 第36頁/共109頁2021-11-1837 二、超聲波換能器及耦合技術二、超聲波換能器及耦合技術 超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器的工作原超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數種，在檢測技術中主理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數種，在檢測技術中主要采用壓電式。要采用壓電式。 超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高

18、溫探頭、空氣傳導探頭以及其他專用探頭等。探頭以及其他專用探頭等。 第37頁/共109頁2021-11-1838各種超聲波探頭各種超聲波探頭常用頻率范圍：常用頻率范圍：0.50.510MHz10MHz，常見晶片直徑：常見晶片直徑：5 530mm30mm接觸式直探頭接觸式直探頭（縱波垂直入射（縱波垂直入射到被檢介質）到被檢介質） 外殼用金屬制外殼用金屬制作，保護膜用硬度作，保護膜用硬度很高的耐磨材料制很高的耐磨材料制作，防止壓電晶片作，防止壓電晶片磨損。磨損。 保護膜保護膜接插件接插件第38頁/共109頁2021-11-1839接觸式接觸式 直探頭原理直探頭原理超聲脈沖電壓超聲脈沖電壓輸入端輸入端

19、 接地端接地端第39頁/共109頁2021-11-1840接觸式斜探頭接觸式斜探頭（橫波、瑞利波或蘭姆波探頭）（橫波、瑞利波或蘭姆波探頭） 壓電晶片粘貼在與底面成一定角度（如壓電晶片粘貼在與底面成一定角度（如3030 、4545 等）的有機玻璃斜楔塊上，當斜楔塊與不同材等）的有機玻璃斜楔塊上，當斜楔塊與不同材料的被測介質（試件）接觸時，超聲波將產生一料的被測介質（試件）接觸時，超聲波將產生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，可產生多定角度的折射，傾斜入射到試件中去，可產生多次反射，而傳播到較遠處去。次反射，而傳播到較遠處去。底部耐磨材料底部耐磨材料接插件接插件第40頁/共109頁2021-11

20、-1841各種接觸式斜探頭各種接觸式斜探頭常用頻率范圍：常用頻率范圍：1 15MHz5MHz第41頁/共109頁2021-11-1842接觸法雙晶直探頭接觸法雙晶直探頭 將兩個單晶探頭組合將兩個單晶探頭組合裝配在同一殼體內，其中裝配在同一殼體內，其中一片發(fā)射超聲波，另一片一片發(fā)射超聲波，另一片接收超聲波。兩晶片之間接收超聲波。兩晶片之間用一片吸聲性能強、絕緣用一片吸聲性能強、絕緣性能好的薄片加以隔離。性能好的薄片加以隔離。雙晶探頭的結構雖然復雜雙晶探頭的結構雖然復雜些，但檢測精度比單晶直些，但檢測精度比單晶直探頭高，且超聲信號的反探頭高，且超聲信號的反射和接收的控制電路較單射和接收的控制電路較

21、單晶直探頭簡單。晶直探頭簡單。 發(fā)射晶片發(fā)射晶片接收晶片接收晶片第42頁/共109頁2021-11-1843各種雙晶直探頭各種雙晶直探頭 焦距范圍：焦距范圍：5 540mm, 40mm, 頻率范圍：頻率范圍：2.52.55MHz5MHz，鋼中折射角：鋼中折射角：4545 7070 第43頁/共109頁2021-11-1844接觸法雙晶斜探頭（續(xù)）接觸法雙晶斜探頭（續(xù)）第44頁/共109頁2021-11-1845 水浸探頭水浸探頭（可用自來水作為耦合劑）（可用自來水作為耦合劑） 選擇聲透選擇聲透鏡形狀，可決鏡形狀，可決定聚焦形式為定聚焦形式為點聚焦或線聚點聚焦或線聚焦。焦。第45頁/共109頁2

22、021-11-1846聚焦探頭聚焦探頭 由于超聲波的波長很短（由于超聲波的波長很短（毫米毫米數量級），所以數量級），所以它也類似光波，可以被聚焦成十分細的聲束，其直它也類似光波，可以被聚焦成十分細的聲束，其直徑可小到徑可小到1mm左右，可以分辨試件中細小的缺陷，左右，可以分辨試件中細小的缺陷，這種探頭稱為這種探頭稱為聚焦探頭聚焦探頭。 聚焦探頭采用曲面晶片來發(fā)出聚焦的超聲波；聚焦探頭采用曲面晶片來發(fā)出聚焦的超聲波；也可以采用兩種不同聲速的塑料來制作聲透鏡；也也可以采用兩種不同聲速的塑料來制作聲透鏡；也可以利用類似光學反射鏡的原理制作聲凹面鏡來聚可以利用類似光學反射鏡的原理制作聲凹面鏡來聚焦超聲

23、波。焦超聲波。 第46頁/共109頁2021-11-1847超聲波探頭中的壓電陶瓷芯片超聲波探頭中的壓電陶瓷芯片 將將數百伏數百伏的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應，使晶片發(fā)射出持續(xù)時間很短的超聲振動波。當超聲波經應，使晶片發(fā)射出持續(xù)時間很短的超聲振動波。當超聲波經被測物反射回到壓電晶片時，利用壓電效應，將機械振動波被測物反射回到壓電晶片時，利用壓電效應，將機械振動波轉換成同頻率的交變電荷和電壓。轉換成同頻率的交變電荷和電壓。第47頁/共109頁2021-11-1848壓電陶瓷的主要性能指標壓電陶瓷的主要性能指標 1) 介電常數介電常數 ：100

24、06000 2) 壓電靈敏度壓電靈敏度D33 ：300600pC/N 3) 機械品質因素機械品質因素Q：1002000 4) 居里溫度：居里溫度：300400 C 5）靜電容：）靜電容：1000 100000pF（與面積有關）（與面積有關） 6）頻率范圍：）頻率范圍： 用于超聲清洗：用于超聲清洗：30100KHz 用于探傷儀及流量計：用于探傷儀及流量計：2.55MHz 用于霧化器：用于霧化器：12MHz第48頁/共109頁2021-11-1849耦合劑耦合劑 超聲探頭與被測物體接觸時，探頭與被測物超聲探頭與被測物體接觸時，探頭與被測物體表面間存在一層空氣薄層，空氣將引起三個界體表面間存在一層空

25、氣薄層，空氣將引起三個界面間強烈的雜亂反射波，造成干擾，并造成很大面間強烈的雜亂反射波，造成干擾，并造成很大的衰減。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉，的衰減。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉，使超聲波能順利地入射到被測介質中。在工業(yè)中，使超聲波能順利地入射到被測介質中。在工業(yè)中，經常使用一種稱為經常使用一種稱為耦合劑的液體物質耦合劑的液體物質，使之充滿，使之充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有自來水、機油、甘油、水玻璃、膠水、化合劑有自來水、機油、甘油、水玻璃、膠水、化學漿糊等。學漿糊等。 第49頁/共109頁2021-11-185

26、0空氣超聲探頭空氣超聲探頭 a a） 超聲發(fā)射器超聲發(fā)射器 b b）超聲接收器）超聲接收器 1 1外殼外殼 2 2金屬絲網罩金屬絲網罩 3 3錐形共振盤錐形共振盤 4 4壓電晶片壓電晶片 5 5引腳引腳 6 6阻抗匹配器阻抗匹配器 7 7超聲波束超聲波束 第50頁/共109頁2021-11-1851空氣超聲探頭（續(xù)）空氣超聲探頭（續(xù)） 第51頁/共109頁2021-11-1852空氣超聲探頭外形空氣超聲探頭外形第52頁/共109頁空氣超聲探頭外形（續(xù)）空氣超聲探頭外形（續(xù)）第53頁/共109頁2021-11-1854空氣傳導超聲波電脈沖發(fā)生器空氣傳導超聲波電脈沖發(fā)生器第54頁/共109頁202

27、1-11-1855三、超聲波傳感器的應用三、超聲波傳感器的應用 當超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測物當超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測物兩側時，這種類型稱為透射型。透射型可用兩側時，這種類型稱為透射型。透射型可用于遙控器、防盜報警器、接近開關等。超聲于遙控器、防盜報警器、接近開關等。超聲發(fā)射器與接收器置于同側的屬于反射型，反發(fā)射器與接收器置于同側的屬于反射型，反射型可用于接近開關、測距、測液位或物位、射型可用于接近開關、測距、測液位或物位、金屬探傷以及測厚等。金屬探傷以及測厚等。 第55頁/共109頁2021-11-1856超聲波傳感器應用舉例超聲波傳感器應用舉例 第56頁/共109頁2021-1

28、1-1857超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應用舉例（續(xù)） 第57頁/共109頁2021-11-1858超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）質量檢查質量檢查緊固件的安裝錯誤檢測緊固件的安裝錯誤檢測第58頁/共109頁2021-11-1859疊放疊放高度測量高度測量超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）第59頁/共109頁超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）物物件放置錯誤檢測件放置錯誤檢測第60頁/共109頁超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）透明塑料張力控制透明塑料張力控制第61頁/共109頁2021-11-1862機械手定機

29、械手定位位超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）第62頁/共109頁2021-11-1863紙卷直徑檢測紙卷直徑檢測超聲波傳感器超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）應用舉例（續(xù)）第63頁/共109頁2021-11-1864平整度測量平整度測量超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）第64頁/共109頁2021-11-1865超長距離檢測超長距離檢測超聲波傳感器超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）應用舉例（續(xù)）第65頁/共109頁2021-11-1866流水線計數流水線計數超聲波傳感器超聲波傳感器應用舉例（續(xù)）應用舉例（續(xù)）第66頁/共109頁2021-11-1867 超聲波流量計超聲波流

30、量計 F1發(fā)射的超聲波先到達發(fā)射的超聲波先到達 T1第67頁/共109頁2021-11-1868測量流量原理分類測量流量原理分類 時間差法測量流量原理：在被測管道上下時間差法測量流量原理：在被測管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對超聲波發(fā)射和游的一定距離上，分別安裝兩對超聲波發(fā)射和接收探頭（接收探頭（F F1 1，T T1 1）、（）、（F F2 2，T T2 2），其中），其中F F1 1，T T1 1的超聲波是順流傳播的，而的超聲波是順流傳播的，而F F2 2，T T2 2的超聲波是的超聲波是逆流傳播的。由于這兩束超聲波在液體中傳播逆流傳播的。由于這兩束超聲波在液體中傳播速度的不同，測量兩

31、接收探頭上超聲波傳播的速度的不同，測量兩接收探頭上超聲波傳播的時間差時間差 t t，可得到流體的平均速度及流量。，可得到流體的平均速度及流量。 第68頁/共109頁2021-11-1869F1發(fā)射的超聲波到達發(fā)射的超聲波到達 F2的時間較短的時間較短第69頁/共109頁 頻率差法測量流量原理頻率差法測量流量原理： F1、F2 是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過電子開關的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器面，通過電子開關的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器與接收器用。首先由與接收器用。首先由F1發(fā)射出第一個超聲脈沖，它通發(fā)射出第一個超聲脈沖，它通過管壁、流體及另一側

32、管壁被過管壁、流體及另一側管壁被F2接收，此信號經放大接收，此信號經放大后再次觸發(fā)后再次觸發(fā)F1的驅動電路，使的驅動電路，使F1發(fā)射第二個聲脈沖發(fā)射第二個聲脈沖 。緊接著，由緊接著，由F2發(fā)射超聲脈沖，而發(fā)射超聲脈沖，而F1作接收器，可以測作接收器，可以測得得F1的脈沖重復頻率為的脈沖重復頻率為f1。同理可以測得。同理可以測得F2的脈沖重的脈沖重復頻率為復頻率為f2。順流發(fā)射頻率。順流發(fā)射頻率f1與逆流發(fā)射頻率與逆流發(fā)射頻率f 2的頻的頻率差率差 f與被測流速與被測流速v成正比成正比 。F2F1第70頁/共109頁2021-11-1871 發(fā)射、接收探頭發(fā)射、接收探頭也可以安裝在管道的同一側也

33、可以安裝在管道的同一側第71頁/共109頁2021-11-1872同側式同側式超聲波流量計的使用超聲波流量計的使用 （參考北京菲波儀表有限公司資料）（參考北京菲波儀表有限公司資料）第72頁/共109頁2021-11-1873超聲波流量計現場使用超聲波流量計現場使用第73頁/共109頁2021-11-1874超聲波多普勒測量車速超聲波多普勒測量車速第74頁/共109頁2021-11-1875多普勒效應多普勒效應 前進方向的前進方向的頻率升高頻率升高 如果波源和觀察如果波源和觀察者之間有相對運動，者之間有相對運動，那么觀察者接收到的那么觀察者接收到的頻頻率率和波源的頻率就和波源的頻率就不相同了，這

34、種現象不相同了，這種現象叫做多普勒效應。測叫做多普勒效應。測出出 f 就可得到運動速就可得到運動速度。度。第75頁/共109頁2021-11-1876超聲波多普勒測量風速超聲波多普勒測量風速風 風引起超聲波的頻率風引起超聲波的頻率變大或變小變大或變小第76頁/共109頁2021-11-1877超聲波測距超聲波測距 空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達被測物時，空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達被測物時，被反射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測被反射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間t t，再乘以空氣的聲速（，

35、再乘以空氣的聲速（340m/s340m/s），就是超聲脈沖），就是超聲脈沖在被測距離所經歷的路程，除以在被測距離所經歷的路程，除以2 2就得到距離。就得到距離。 第77頁/共109頁2021-11-1878超聲波測厚超聲波測厚 雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動脈沖，超聲脈沖到達試件底面時，被反動脈沖，超聲脈沖到達試件底面時，被反射回來，并被另一只壓電晶片所接收。只射回來，并被另一只壓電晶片所接收。只要測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈要測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間沖所需的時間t t，再乘以被測體的聲速常數，再乘以被測體的聲速常數c c，就是超

36、聲脈沖在被測件中所經歷的來回，就是超聲脈沖在被測件中所經歷的來回距離，再除以距離，再除以2 2，就得到厚度，就得到厚度 ： 5-7 21ct第78頁/共109頁2021-11-1879手持式超聲波測厚儀手持式超聲波測厚儀第79頁/共109頁2021-11-1880某超聲波測厚儀指標某超聲波測厚儀指標 （參考北京北方大河儀器儀表有限公司資料）（參考北京北方大河儀器儀表有限公司資料） 顯示方法顯示方法128128* *32 LCD 32 LCD 點陣液晶顯示（帶背光）點陣液晶顯示（帶背光） 顯示位數：四位顯示位數：四位 測量范圍：測量范圍：0.80.8200mm 200mm 示值精度：示值精度：0

37、.1mm 0.1mm 聲速范圍：聲速范圍：1000 1000 9999m/s 9999m/s 測量周期：測量周期：2 2次次/ /秒秒 自動關機時間：自動關機時間：9090秒秒 電源：二節(jié)七號（電源：二節(jié)七號（AAAAAA）電池，）電池，可連續(xù)工作不少于可連續(xù)工作不少于7272小時小時 使用溫度：使用溫度：-10-10C C 40 40C C 存儲溫度：存儲溫度：-20-20C C 70 70C C 外形尺寸：外形尺寸：108x61x25mm 108x61x25mm 重量：重量：230g 230g （含電池）（含電池）第80頁/共109頁2021-11-1881超聲波測厚超聲波測厚石料測厚石料

38、測厚第81頁/共109頁2021-11-1882超聲波手持式測厚超聲波手持式測厚混凝土測厚混凝土測厚木材測厚木材測厚小提琴小提琴 木料測厚木料測厚第82頁/共109頁2021-11-1883雙晶超聲波測厚探頭雙晶超聲波測厚探頭第83頁/共109頁2021-11-1884雙晶超聲波測厚探頭（續(xù)）雙晶超聲波測厚探頭（續(xù)）第84頁/共109頁2021-11-1885超聲波測量液位和物位原理超聲波測量液位和物位原理 在液罐上方安裝空氣傳導在液罐上方安裝空氣傳導型超聲發(fā)射器和接收器，根據型超聲發(fā)射器和接收器，根據超聲波的往返時間，就可測得超聲波的往返時間，就可測得液體的液面。液體的液面。 第85頁/共1

39、09頁2021-11-1886超聲波液位計原理超聲波液位計原理 1 1液面液面 2 2直管直管 3 3空氣超聲探頭空氣超聲探頭 4 4反射小板反射小板 5 5電子開關電子開關 第86頁/共109頁2021-11-1887超聲波測量液位和物位超聲波測量液位和物位 喇叭形喇叭形 超聲發(fā)生器超聲發(fā)生器第87頁/共109頁2021-11-1888超聲防盜報警器超聲防盜報警器 圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為接收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率 f=40kHz40kHz左右的超左右的超聲波。如果有人進入信號的有效區(qū)域，相對速聲波。如果有人進入信號的有效區(qū)域

40、，相對速度為度為 v，從人體反射回接收器的超聲波將由于，從人體反射回接收器的超聲波將由于多普勒效應，而發(fā)生頻率偏移多普勒效應，而發(fā)生頻率偏移 f。 第88頁/共109頁2021-11-1889 四、超聲波無損探傷四、超聲波無損探傷 一、無損探傷的基本概念一、無損探傷的基本概念 人們在使用各種材料人們在使用各種材料（尤其是金屬材料）的長（尤其是金屬材料）的長期實踐中，觀察到大量的期實踐中，觀察到大量的斷裂現象，它曾給人類帶斷裂現象，它曾給人類帶來許多災難事故，涉及艦來許多災難事故，涉及艦船、飛機、軸類、壓力容船、飛機、軸類、壓力容器、宇航器、核設備等。器、宇航器、核設備等。 路軌斷裂事故路軌斷裂

41、事故第89頁/共109頁2021-11-1890無損探傷的方法無損探傷的方法 對缺陷的檢測手段有破壞性試驗和無損對缺陷的檢測手段有破壞性試驗和無損探傷。由于無損探傷以不損壞被檢驗對象為探傷。由于無損探傷以不損壞被檢驗對象為前提，所以得到廣泛應用。前提，所以得到廣泛應用。 無損檢測的方法有磁粉檢測法、電渦流無損檢測的方法有磁粉檢測法、電渦流法、熒光染色滲透法、放射線（法、熒光染色滲透法、放射線（x x光、中子）光、中子）照相檢測法、超聲波探傷法等。照相檢測法、超聲波探傷法等。 第90頁/共109頁2021-11-1891磁粉檢測法磁粉檢測法磁懸液磁懸液磁粉檢測儀磁粉檢測儀 將將磁懸液磁懸液噴灑在工件表面，將磁粉檢噴灑在工件表面，將磁粉檢測頭夾持在被測工件上，通以數百安培的測頭夾持在被測工件上，通以數百安培的電流，工件中將產生磁場，工件表面的裂電流，工件中將產生磁場，工件表面的裂紋可因磁粉的不均勻分布而顯示出來。紋可因磁粉的不均勻分布而顯示出來。第91頁/共109頁2021-11-1892X X光探傷光探傷 將將X X光發(fā)生器對準被測位置，將感光片光發(fā)生器對準被測位置，將感光片貼在物體背面，人離開后通上高壓電，再將貼在物體背面，人離開后通上高壓電，再將感光片