超声波传感器综述.pptx

传感器技术 ——超声波传感器
超声波传感器
超声波的概念
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。
根据声波频率的范围,声波可分为次声波、声波和超声波。超声波:频率高于2×104Hz的机械波
超声波传感器
蝙蝠依靠超声波捕食
超声波传感器
超声波的概念
超声波波长、频率与速度的关系为:
超声波的特性是频率高、波长短、绕射现象小。它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,因而广泛应用于工业检测中。
超声波传感器
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,声波的波型也有所不同。通常有:
①纵波:质点振动方向与波的传播方向一致的波。它能在固体、液体和气体中传播。
②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。
③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。
超声波传感器
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,能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律满足以下函数关系:
-距声源x=0处的超声波声压和声强
超声波传感器
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,可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等,以压电式最为常用。
超声波传感器
超声波传感器的工作原理
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生器(发射探头) 和接收器(接收探头) 两种。
超声波传感器
超声波传感器的工作原理
压电式超声波传感器
压电式超声波发生器是利用逆压电效应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。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。
超声波传感器
超声波传感器的工作原理
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。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。