第八章 超聲波傳感器

1、傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校1第八章第八章 超聲波傳感器超聲波傳感器n超聲波簡介超聲波簡介n超聲波傳感器超聲波傳感器n超聲波的應用超聲波的應用傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校2思考一思考一 n你知道你知道為什么蝙蝠在沒有光亮的情況下為什么蝙蝠在沒有光亮的情況下飛翔而不會迷失方向嗎？飛翔而不會迷失方向嗎？ 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校3超聲波的概念超聲波的概念 n當物體的振動高于人耳聽閾當物體的振動高于人耳聽閾上限頻率，即上限頻率，即高于高于20KHz20KHz時，時，人耳也是聽不到的，這樣的人耳也是聽不到的，這樣的聲波稱為超聲波聲波稱為超

2、聲波 n蝙蝠能發(fā)出蝙蝠能發(fā)出2 21010萬赫茲的超萬赫茲的超聲波，這好比是一座活動的聲波，這好比是一座活動的“雷達站雷達站”。n蝙蝠正是利用這種蝙蝠正是利用這種“雷達雷達”判斷飛行前方是昆蟲，或是判斷飛行前方是昆蟲，或是障礙物的。障礙物的。傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校4超聲波的特點超聲波的特點 n束射特性束射特性 n超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折超聲波射線可以和光線一樣，能夠反射、折射，也能聚焦，而且遵守幾何光學上的定律。射，也能聚焦，而且遵守幾何光學上的定律。 n吸收特性吸收特性 n聲波在各種物質中傳播時，隨著傳播距離的聲波在各種物質中傳播時，隨著傳播距離的增加

3、，強度會漸進減弱，這是因為物質要吸增加，強度會漸進減弱，這是因為物質要吸收掉它的能量。收掉它的能量。 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校5超聲波的特點超聲波的特點 n超聲波的能量傳遞特性超聲波的能量傳遞特性 n當聲波到達某一物質中時，由于聲波的作用使物質當聲波到達某一物質中時，由于聲波的作用使物質中的分子也跟著振動，分子振動的頻率決定了分子中的分子也跟著振動，分子振動的頻率決定了分子振動的速度。頻率愈高速度愈大。振動的速度。頻率愈高速度愈大。n超聲波的聲壓特性超聲波的聲壓特性 n當聲波通入某物體時，由于聲波振動使物質分子產(chǎn)當聲波通入某物體時，由于聲波振動使物質分子產(chǎn)生壓縮和稀疏的

4、作用，將使物質所受的壓力產(chǎn)生變生壓縮和稀疏的作用，將使物質所受的壓力產(chǎn)生變化?；?n空化現(xiàn)象空化現(xiàn)象 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校6思考二思考二 n超聲波遇到到雜質或分界面會產(chǎn)生顯著超聲波遇到到雜質或分界面會產(chǎn)生顯著反射而形成反射回波，那是通過什么來反射而形成反射回波，那是通過什么來完成產(chǎn)生超聲波和接收超聲的呢？完成產(chǎn)生超聲波和接收超聲的呢？ 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校7超聲波傳感器基本工作原理超聲波傳感器基本工作原理 n超聲波的發(fā)射：當壓電晶片受發(fā)射脈沖激超聲波的發(fā)射：當壓電晶片受發(fā)射脈沖激勵后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射聲脈沖；依據(jù)于勵后產(chǎn)生振動，即可發(fā)射

5、聲脈沖；依據(jù)于壓電晶片的壓電晶片的逆壓電效應逆壓電效應n超聲波的接收：當超聲波作用于晶片時，超聲波的接收：當超聲波作用于晶片時，晶片受迫振動引起的形變可轉換成相應的晶片受迫振動引起的形變可轉換成相應的電信號；依據(jù)于壓電晶片的電信號；依據(jù)于壓電晶片的正壓電效應正壓電效應 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校8超聲波探頭的種類超聲波探頭的種類 n直探頭直探頭 n斜探頭斜探頭傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校9超聲波探頭的種類超聲波探頭的種類n聯(lián)合雙探頭聯(lián)合雙探頭 n雙探頭的結構就雙探頭的結構就是二個單探頭的是二個單探頭的組合，一個用于組合，一個用于發(fā)射，一個用于發(fā)射，一個

6、用于接收接收 n液浸探頭液浸探頭 n常用于水浸法常用于水浸法傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校10思考三思考三 n你使用過你使用過B超檢測嗎？你看見過倒車雷達超檢測嗎？你看見過倒車雷達嗎？你知道他們都是依據(jù)什么工作的嗎？嗎？你知道他們都是依據(jù)什么工作的嗎？ 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校11在工業(yè)無損檢測中的應用在工業(yè)無損檢測中的應用 nA型超聲波探傷儀型超聲波探傷儀 有缺陷有缺陷無缺陷無缺陷傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校12A型超聲波探傷儀型超聲波探傷儀 n示波管上顯示的始波示波管上顯示的始波T，對應于試件探測，對應于試件探測面；第一次底波面

7、；第一次底波B，對應于試件底面。，對應于試件底面。n如果在如果在始波始波T和和第一次第一次底波底波B之間之間有有獨立獨立的的波波形出現(xiàn)，說明該處形出現(xiàn)，說明該處有缺陷有缺陷n缺陷波缺陷波F高度代表了缺陷的大小高度代表了缺陷的大小，缺陷波，缺陷波F距離始波距離始波T的的距離距離，表明了缺陷的埋藏表明了缺陷的埋藏深度深度，即探測面到缺陷的距離。，即探測面到缺陷的距離。 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校13超聲波測厚儀超聲波測厚儀 n當探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界當探頭發(fā)射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回探頭，通過精確測量超聲波在材面時，脈沖被反

8、射回探頭，通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校14思考四思考四 n在醫(yī)用檢查儀器中，你知道都有哪些是在醫(yī)用檢查儀器中，你知道都有哪些是超聲波檢測儀嗎？超聲波檢測儀嗎？傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校15B B超超 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校16彩超彩超 n其實彩超并不是看到其實彩超并不是看到了人體組織的真正的了人體組織的真正的顏色，而是在顏色，而是在黑白黑白B B超超圖像基礎上圖像基礎上加上以加上以多普勒效應多普勒效應原理為基原理為基礎的偽彩而形成的

9、。礎的偽彩而形成的。 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校17其它超聲波診斷儀其它超聲波診斷儀 超聲超聲CTCT 三維彩超三維彩超 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校18四維超聲四維超聲 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校19血管內超聲血管內超聲 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校20超聲波傳感器在水處理中的應用超聲波傳感器在水處理中的應用 n功率超聲的空化效應為降解水中有害有機物提功率超聲的空化效應為降解水中有害有機物提供了獨特的物理化學環(huán)境，從而實現(xiàn)超聲波污供了獨特的物理化學環(huán)境，從而實現(xiàn)超聲波污水處理。水處理。 傳感器原理及應用202

10、2-1-5沈陽鐵路機械學校21超聲波洗衣機超聲波洗衣機 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校22超聲波洗衣機超聲波洗衣機 n當洗槽充滿水，衣服投入洗槽，氣泡供當洗槽充滿水，衣服投入洗槽，氣泡供應器和超聲波發(fā)生器開始工作，洗槽內應器和超聲波發(fā)生器開始工作，洗槽內即有即有超聲波和大量氣泡產(chǎn)生超聲波和大量氣泡產(chǎn)生，超聲波因，超聲波因氣泡的折射作用而氣泡的折射作用而均勻地分散在衣服上均勻地分散在衣服上，浸入的衣服受超聲波作用后，表面的污浸入的衣服受超聲波作用后，表面的污漬也隨之分解，同時被氣泡帶出，衣服漬也隨之分解，同時被氣泡帶出，衣服也變干凈了。也變干凈了。 傳感器原理及應用2022-1

11、-5沈陽鐵路機械學校23超聲波洗碗機超聲波洗碗機 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校24超聲波洗碗機超聲波洗碗機 n超聲波洗碗機實際上類似一臺超聲波清超聲波洗碗機實際上類似一臺超聲波清洗器。其作用機理還是洗器。其作用機理還是利用超聲波利用超聲波作用作用于水中，產(chǎn)生無數(shù)氣泡的于水中，產(chǎn)生無數(shù)氣泡的空化現(xiàn)象空化現(xiàn)象，瞬，瞬間產(chǎn)生上千個大氣壓和間產(chǎn)生上千個大氣壓和10001000的高溫，的高溫，污物在超聲的攪拌、分散、乳化作用下，污物在超聲的攪拌、分散、乳化作用下，清除盆、碗上的污物、油膩清除盆、碗上的污物、油膩 傳感器原理及應用2022-1-5沈陽鐵路機械學校25汽車防撞報警器倒車雷達汽車防撞報警器倒車雷達 n由傳感器發(fā)射超聲波信號，當遇到障礙物時，產(chǎn)生回由傳感器發(fā)射超聲波信號，當遇到障礙物時，產(chǎn)生回波信號