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1、第6章 超声波传感器,07-4-9,社区学院04自动化,教学目标,知识目标 1、掌握超声波传感器的基本知识； 2、了解超声波的应用状况。 能力目标 1、初步认识超声波传感器的外形； 2、了解超生波传感器在现实生活中的应用状况,课前问题： 1、眼镜店中清洗眼镜的设备叫什么？ 2、捕鱼船探测鱼群的位置常使用什么设备？ 3、潜水艇水下测距一般采用什么装置？,课堂讲授内容,引言,什么是超声波？与其它声波的主要区别是什么？ 超声波是指频率高于20kHz的机械波。它有两种形式：横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。与其它声波的主要区别是频率不同：次声波的频率16Hz;可闻声波的
2、频率为16-20kHz之间。,第一节 超声波的物理性质,一、传播速度 影响传播速度的因素： 1、介质：一般 ，g-气体，l-液体，s-固体。 2、介质所处状态：如温度。对空气而言 在许多固体和液体中，温度升高声速下降。,二、反射与折射 声波在不同介质中传播时，会在不同介质的分界面上发生反射和折射现象。 当超声波从液体或固体垂直入射到气体时，或从气体垂直入射到固体或液体时，反射系数接近1，此时超声波几乎全部反射。此现象可用于超声波测量物体的位置。,三、传播衰减 由于介质吸收能量，使超声波传输中发生衰减。衰减公式为 式中， 为入射介质时的强度， 为通过介质后的强度，d为介质厚度，A为介质对超声波能
3、量的吸收系数。,超声波的衰减程度与介质及超声波的频率有关： 介质的影响：衰减程度由高到低的顺序为：气体、液体、固体。 频率的影响：频率越高衰减越大！,第二节 超生波发射和接收,超声波传感器：能产生和接收超声波的装置称为超声波传感器，又称超生换能器或超生探头。 组成：超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。,压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。其接受和发射是根据压电效应和逆压电效应实现的。,超声波传感器的工作原理
4、 具有压电效应的压电晶体受到声波声压作用时，产生电荷，即将超声波转换成电能；反之，如果将交变电压加在晶体两端面的电极上，沿着晶体厚度方向将产生与所加交变电压同频率的机械振动，并向外发射超声波，实现电能与超声波的转换。,工作频率一般为23-25kHz及40-45kHz。该种有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示发送，R表示接收，40表示频率为40KHZ，16及12表示其外径尺寸，以毫米计）,主要性能指标 1、工作频率 即为压电晶体的共振频率。 2、工作温度：一般温度较低，温度高时需冷却。 3、灵敏度：主要取决于晶片本身，机电耦合系数大，灵敏度高，反之，就低。,第三节 超声波的应用
5、,按超声波的行进方向分为：透射型和反射型。 透射型可用于遥控器、防盗报警器、接近开关等； 反射型可用于接近开关、测距、测厚、液位和料位测量、金属探伤等。,透射型的特点：被测物位于超声波发射器和接收器中间； 反射型的特点：被测物位于超声波发射器和接收器的同一侧。,1、超声波探伤：为无损探伤。 2、超声波测距： 3、测量流量：根据声波在静止流体中的传播速度与流动流体中的传播速度不同的原理。,常见的超声波传感器,适用范围:1、家用电器和其它电子设备的遥控装置 2、超声测距，汽车倒车防撞装置和超声 波近接开关 3、防盗、防灾设备的超声波发射和接收,压电陶瓷超声传感器,1.高灵敏度、高可靠性、高稳定性
6、2.耐高、低温度、耐湿度、耐冲击、振动等严酷环境条件,型号命名法,TC T 40 - - 10 F 1 - - - - - - (1) (2) (3) (4) (5) (6) (1)压力陶瓷超声传感器：TC (2)类型：T-通用型 F-防水型 U-耐温型 K-宽带型 (3)中心频率：(KHz) (4)外径：(mm) (5)使用方法：T-发射 R-接收 (6)产品顺序号：1、2、3、4、5.,JCS-02小量程超声波物位变送器,JCS 系列超声波物位（液位、料位）变送器，采用测量时间差的原理,测得物料高度。该产品为非接触测量仪表，有很强的抗干扰能力,安装、维护、使用非常方便，更适合于环境复杂的工
7、业现场。它采用小功率、小盲区收发型专用超声波传感器，测量精度高,运行稳定，具有温度补偿功能。可广泛用于电力、冶金、建材、化工、粮食等行业,既可测量液体物料，也可测量固体物料。,超声波距离传感器,应用：液位，物位，料位检测，工业过程控制等,SHARKY-VMC-P超声波流量传感器,小流量超生波液位计,超声波液位计,超声波液位计SD-50A,分体式超声波液位计,课堂训练,单选题 1、超声波传感器的声波频率（ ） A低于16Hz 低于10kHz 高于10kHz 高于20kHz,2、超声波探头的主要组成部分是（ ） A磁敏二极管 光电二极管 光电晶体 压电晶体 3、超声波在介质中传播时强度会发生衰减，
8、以下物质衰减最大的是（ ） A半导体 石油 空气 水,4、 以下不属于超声波传感器主要性能指标的是（ ） A工作压力 工作温度 灵敏度 工作频率 5、当超声波从液体垂直入射到气体时，反射系数接近1，此时超声波会 A几乎全部透射 .几乎全部吸收 几乎全部折射 几乎全部反射,6、影响超声波的衰减程度的因素有介质和（ ） A温度 频率 湿度 浓度 7、超声波属于下列何种类型的声波（ ） A可闻声波 无损声波 机械波 生物波,8、超声波可以在气体、液体和固体中传播，但传播速度有很大不同，在下列何种物体中的传播速度最快（ ） A水 空气 氧气 钢铁 9、超声波属于（ ） A可闻声波 无损声波 机械波 生
9、物波,10、超声波传感器晶片的机电耦合系数大，则灵敏度（ ） A低 高 不变 为常数 11、超声波传播速度最快的介质是（ ） A水 空气 氧气 钢铁,判断改错题，对打“”，错打“”并改正。 12、超声波测流速的机理是它在静止流体和流动流体中的传播速度不同。 13、超声波传感器也可以实现非接触测量。 填空题 14、低于16赫兹的机械波称为 ，而高于2万赫兹的称为超声波。,15、超声波探头主要由 组成。 简答题 16、超声波的物理特性有哪些？ 17、简述超声波的发射和接收原理。 18、简述超声波测距的原理。 计算题 29、某公司采用超声波传感器进行板材的无损探伤，测试时板材与超声波传感器之间的空气温度T=400K，试求测试时超声波的传播速度。,
