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1、传感器原理及应用第八章第八章 超声波传感器超声波传感器n超声波简介超声波简介n超声波传感器超声波传感器n超声波的应用超声波的应用1传感器原理及应用思考一思考一 n你知道你知道为什么为什么蝙蝠蝙蝠在没有光亮的情况下在没有光亮的情况下飞翔而不会迷失方向飞翔而不会迷失方向吗？吗？2传感器原理及应用超声波的概念超声波的概念 n当物体的振动高于人耳听阈当物体的振动高于人耳听阈上限频率，即上限频率，即高于高于20KHz20KHz时，时，人耳也是听不到的，这样的人耳也是听不到的，这样的声波称为超声波声波称为超声波 n蝙蝠能发出蝙蝠能发出2 21010万赫兹的超万赫兹的超声波，这好比是一座活动的声波，这好比是
2、一座活动的“雷达站雷达站”。n蝙蝠正是利用这种蝙蝠正是利用这种“雷达雷达”判断飞行前方是昆虫，或是判断飞行前方是昆虫，或是障碍物的。障碍物的。3传感器原理及应用超声波的特点超声波的特点 n束射特性束射特性 n超声波射线可以和光线一样，能够反射、折超声波射线可以和光线一样，能够反射、折射，也能聚焦，而且遵守几何光学上的定律。射，也能聚焦，而且遵守几何光学上的定律。n吸收特性吸收特性 n声波在各种物质中传播时，随着传播距离的声波在各种物质中传播时，随着传播距离的增加，强度会渐进减弱，这是因为物质要吸增加，强度会渐进减弱，这是因为物质要吸收掉它的能量。收掉它的能量。4传感器原理及应用超声波的特点超声
3、波的特点 n超声波的能量传递特性超声波的能量传递特性 n当声波到达某一物质中时，由于声波的作用使物质当声波到达某一物质中时，由于声波的作用使物质中的分子也跟着振动，分子振动的频率决定了分子中的分子也跟着振动，分子振动的频率决定了分子振动的速度。频率愈高速度愈大。振动的速度。频率愈高速度愈大。n超声波的声压特性超声波的声压特性 n当声波通入某物体时，由于声波振动使物质分子产当声波通入某物体时，由于声波振动使物质分子产生压缩和稀疏的作用，将使物质所受的压力产生变生压缩和稀疏的作用，将使物质所受的压力产生变化。化。n空化现象空化现象 5传感器原理及应用思考二思考二 n超声波遇到到杂质或分界面会产生显
4、著超声波遇到到杂质或分界面会产生显著反射而形成反射回波，那是通过什么来反射而形成反射回波，那是通过什么来完成产生超声波和接收超声的呢？完成产生超声波和接收超声的呢？6传感器原理及应用超声波传感器基本工作原理超声波传感器基本工作原理 n超声波的发射：当压电晶片受发射脉冲激励超声波的发射：当压电晶片受发射脉冲激励后产生振动，即可发射声脉冲；依据于压电后产生振动，即可发射声脉冲；依据于压电晶片的晶片的逆压电效应逆压电效应n超声波的接收：当超声波作用于晶片时，晶超声波的接收：当超声波作用于晶片时，晶片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信片受迫振动引起的形变可转换成相应的电信号；依据于压电晶片的号；依据
5、于压电晶片的正压电效应正压电效应 7传感器原理及应用超声波探头的种类超声波探头的种类 n直探头直探头 n斜探头斜探头8传感器原理及应用超声波探头的种类超声波探头的种类n联联合双探合双探头头 n双探双探头头的的结结构就构就是二个是二个单单探探头头的的组组合，一个用于合，一个用于发发射，一个用于射，一个用于接收接收 n液浸探液浸探头头 n常用于水浸法常用于水浸法9传感器原理及应用思考三思考三 n你使用过你使用过B超检测吗？你看见过倒车雷达超检测吗？你看见过倒车雷达吗？你知道他们都是依据什么工作的吗吗？你知道他们都是依据什么工作的吗？10传感器原理及应用在工业无损检测中的应用在工业无损检测中的应用
6、nA型超声波探伤仪型超声波探伤仪 有有缺陷缺陷无缺陷无缺陷11传感器原理及应用A型超声波探伤仪型超声波探伤仪 n示波管上显示的始波示波管上显示的始波T，对应于试件探测对应于试件探测面；第一次底波面；第一次底波B，对应于试件底面。对应于试件底面。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之间之间有有独立独立的的波波形出现，说明该处形出现，说明该处有缺陷有缺陷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距离始波距离始波T的的距离距离，表明了缺陷的埋藏表明了缺陷的埋藏深度深度，即探测面到缺陷的距离。，即探测面到缺陷的距离。12传感器原理及应用超声波测厚仪超声波测
7、厚仪 n当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射回探头，通过精确测量超声波在材面时，脉冲被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。料中传播的时间来确定被测材料的厚度。13传感器原理及应用思考四思考四 n在医用检查仪器中，你知道都有哪些是在医用检查仪器中，你知道都有哪些是超声波检测仪吗？超声波检测仪吗？14传感器原理及应用B B超超 15传感器原理及应用彩超彩超 n其其实实彩超并不是看到彩超并不是看到了人体了人体组织组织的真正的的真正的颜颜色，而是在色，而是在黑白黑白B B超超图图像基像基础础上上加
8、上以加上以多普勒效多普勒效应应原理原理为为基基础础的的伪伪彩而形成的。彩而形成的。16传感器原理及应用其它超声波其它超声波诊诊断断仪仪 超声超声CTCT 三三维维彩超彩超 17传感器原理及应用四四维维超声超声 18传感器原理及应用血管内超声血管内超声 19传感器原理及应用超声波传感器在水处理中的应用超声波传感器在水处理中的应用 n功率超声的空化效应为降解水中有害有机物提功率超声的空化效应为降解水中有害有机物提供了独特的物理化学环境，从而实现超声波污供了独特的物理化学环境，从而实现超声波污水处理。水处理。20传感器原理及应用超声波洗衣机超声波洗衣机 21传感器原理及应用超声波洗衣机超声波洗衣机
9、n当洗槽充满水，衣服投入洗槽，气泡供当洗槽充满水，衣服投入洗槽，气泡供应器和超声波发生器开始工作，洗槽内应器和超声波发生器开始工作，洗槽内即有即有超声波和大量气泡产生超声波和大量气泡产生，超声波因，超声波因气泡的折射作用而气泡的折射作用而均匀地分散在衣服上均匀地分散在衣服上，浸入的衣服受超声波作用后，表面的污浸入的衣服受超声波作用后，表面的污渍也随之分解，同时被气泡带出，衣服渍也随之分解，同时被气泡带出，衣服也变干净了。也变干净了。22传感器原理及应用超声波洗碗机超声波洗碗机 23传感器原理及应用超声波洗碗机超声波洗碗机 n超声波洗碗机实际上类似一台超声波清超声波洗碗机实际上类似一台超声波清洗
10、器。其作用机理还是洗器。其作用机理还是利用超声波利用超声波作用作用于水中，产生无数气泡的于水中，产生无数气泡的空化现象空化现象，瞬，瞬间产生上千个大气压和间产生上千个大气压和10001000的高温，的高温，污物在超声的搅拌、分散、乳化作用下，污物在超声的搅拌、分散、乳化作用下，清除盆、碗上的污物、油腻清除盆、碗上的污物、油腻 24传感器原理及应用汽车防撞报警器倒车雷达汽车防撞报警器倒车雷达 n由传感器发射超声波信号，当遇到障碍物时，产生回由传感器发射超声波信号，当遇到障碍物时，产生回波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据波信号，传感器接收到回波信号后经控制器进行数据处理、判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发处理、判断出障碍物的位置，由显示器显示距离并发出其他警示信号出其他警示信号 25传感器原理及应用汽车防撞报警器倒车雷达汽车防撞报警器倒车雷达 第第三三代代第第四四代代第第五五代代第第六六代代26