超聲波傳感器應(yīng)用舉例續(xù)

1、超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì) 超聲波傳感器超聲波傳感器超聲波傳感器 了解超聲波的物理特性；了解超聲波的物理特性； 著重了解超聲波在檢測(cè)技術(shù)中的一些應(yīng)用；著重了解超聲波在檢測(cè)技術(shù)中的一些應(yīng)用； 了解無(wú)損探傷的設(shè)備及方法。了解無(wú)損探傷的設(shè)備及方法。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20赫茲的聲波，人耳聽(tīng)不到，但可與赫茲的聲波，人耳聽(tīng)不到，但可與人體器官發(fā)生共振，人體器官發(fā)生共振，78hz的次聲波會(huì)引起人的恐怖感，動(dòng)作的次聲波會(huì)引起人的恐怖感，動(dòng)作不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)致心臟停止跳動(dòng)。不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)致心臟停止跳動(dòng)。2.2.可聞聲波可聞聲波 美妙的音樂(lè)可使人陶醉

2、。美妙的音樂(lè)可使人陶醉。3.3.超聲波超聲波 蝙蝠蝙蝠能發(fā)出和能發(fā)出和聽(tīng)見(jiàn)超聲聽(tīng)見(jiàn)超聲波。波。蝙蝠依靠超聲波捕食蝙蝠依靠超聲波捕食超聲波用于高效清洗超聲波用于高效清洗 當(dāng)弱的聲波信號(hào)作用于液體中時(shí)，會(huì)對(duì)液體產(chǎn)當(dāng)弱的聲波信號(hào)作用于液體中時(shí)，會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生一定的負(fù)壓，即液體體積增加，液體中分子空隙生一定的負(fù)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；而當(dāng)強(qiáng)的聲波信號(hào)作加大，形成許多微小的氣泡；而當(dāng)強(qiáng)的聲波信號(hào)作用于液體時(shí)，則會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生一定的正壓，即液體用于液體時(shí)，則會(huì)對(duì)液體產(chǎn)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碎。體積被壓縮減小，液體中形成的微小氣泡被壓碎。

3、經(jīng)研究證明：超聲波作用于液體中時(shí)經(jīng)研究證明：超聲波作用于液體中時(shí)，液體中每個(gè)，液體中每個(gè)氣泡的破裂會(huì)產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間氣泡的破裂會(huì)產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓的壓力，這產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓的壓力，這種現(xiàn)象被稱之為種現(xiàn)象被稱之為“空化作用空化作用”，超聲波清洗正是利，超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來(lái)達(dá)到清洗和沖用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來(lái)達(dá)到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。超聲清洗多用于半導(dǎo)體、刷工件內(nèi)外表面的作用。超聲清洗多用于半導(dǎo)體、機(jī)械、玻璃、醫(yī)療儀器等行業(yè)。機(jī)械、玻璃、醫(yī)療儀器等行業(yè)。 壓電陶瓷或磁致伸縮

4、材料在高電壓窄脈沖作用下，可壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下，可得到得到較大功率較大功率的超聲波，可以被聚焦，能用于集成電路及塑料的焊接。的超聲波，可以被聚焦，能用于集成電路及塑料的焊接。 超聲波塑料超聲波塑料焊接機(jī)焊接機(jī) 超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質(zhì)超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于的分界面時(shí)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。光波。便攜式超聲波便攜式超聲波探魚(yú)器探魚(yú)器超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用 胎兒的胎兒的 b超影像超影像超聲波清洗原理及清洗器超聲波清洗原理

5、及清洗器（參考湖南省瀏陽(yáng)市醫(yī)用儀具廠（參考湖南省瀏陽(yáng)市醫(yī)用儀具廠 、北京德泰隆科技發(fā)展有限責(zé)任公司資料）、北京德泰隆科技發(fā)展有限責(zé)任公司資料）超聲換能器超聲換能器氣泡氣泡波浪波浪清洗物清洗物超聲波物理基礎(chǔ)超聲波物理基礎(chǔ) 頻率高于頻率高于20khz的機(jī)械振動(dòng)波稱為超聲波。它的機(jī)械振動(dòng)波稱為超聲波。它的指向性很好，能量集中，因此的指向性很好，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大穿透本領(lǐng)大，能，能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。在遇到兩穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。在遇到兩種介質(zhì)的分界面（例如鋼板與空氣的交界面）時(shí)，種介質(zhì)的分界面（例如鋼板與空氣的交界面）時(shí)，能產(chǎn)生明顯的能產(chǎn)生明顯的反射和折射反射和折射現(xiàn)

6、象，超聲波的頻率越現(xiàn)象，超聲波的頻率越高，其高，其聲場(chǎng)指向聲場(chǎng)指向性就愈好。性就愈好。超聲波換能器及耦合技術(shù)超聲波換能器及耦合技術(shù) 超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器的工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(shù)種，在檢測(cè)作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測(cè)技術(shù)中主技術(shù)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。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(dǎo)探頭以及其他專用探頭等。浸探頭、高溫探頭、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專用

7、探頭等。 各種超聲波探頭各種超聲波探頭 （以下參考（以下參考常州市常超檢測(cè)設(shè)備有限公司資料）常州市常超檢測(cè)設(shè)備有限公司資料）常用頻率范圍：常用頻率范圍：0.50.510mhz10mhz，常見(jiàn)晶片直徑：常見(jiàn)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(zhì)）到被檢介質(zhì)） 外殼用金屬制外殼用金屬制作，保護(hù)膜用硬度作，保護(hù)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(hù)膜保護(hù)膜接插件接插件接觸式接觸式 直探頭原理直探頭原理超聲脈沖電壓輸超聲脈沖電壓輸入端入端 接地端接地端吸收塊：降低壓電晶體的機(jī)械品質(zhì)，吸收超聲波的

8、能量。如果沒(méi)有阻尼塊，當(dāng)激勵(lì)的電脈沖信號(hào)停止時(shí)，晶片會(huì)繼續(xù)振蕩。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(jī)玻璃斜楔塊上，當(dāng)斜楔塊等）的有機(jī)玻璃斜楔塊上，當(dāng)斜楔塊與不同材料的被測(cè)介質(zhì)（試件）接觸時(shí)，超聲與不同材料的被測(cè)介質(zhì)（試件）接觸時(shí)，超聲波將產(chǎn)生一定角度的折射，傾斜入射到試件中波將產(chǎn)生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，可產(chǎn)生多次反射，去，可產(chǎn)生多次反射，而傳播到較遠(yuǎn)處去。而傳播到較遠(yuǎn)處去。底部耐磨材料底部耐磨材料接插件接插件接觸法接觸法 雙晶直探頭雙晶直

9、探頭 將兩個(gè)單晶探頭組合將兩個(gè)單晶探頭組合裝配在同一殼體內(nèi)，其中裝配在同一殼體內(nèi)，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(qiáng)、絕緣用一片吸聲性能強(qiáng)、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(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜些，但檢測(cè)精度比單晶直些，但檢測(cè)精度比單晶直探頭高，且超聲信號(hào)的反探頭高，且超聲信號(hào)的反射和接收的控制電路較單射和接收的控制電路較單晶直探頭簡(jiǎn)單。晶直探頭簡(jiǎn)單。 發(fā)射晶片發(fā)射晶片接收晶片接收晶片 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

10、：2.52.55mhz5mhz，鋼中折射角：，鋼中折射角：4545 7070 水浸探頭水浸探頭（可用自來(lái)水作為耦合劑）（可用自來(lái)水作為耦合劑） 選擇聲選擇聲透鏡形狀，透鏡形狀，可決定聚焦可決定聚焦形式為點(diǎn)聚形式為點(diǎn)聚焦或線聚焦。焦或線聚焦。耦合劑耦合劑 超聲探頭與被測(cè)物體接觸時(shí)，探頭與被測(cè)物體表面間超聲探頭與被測(cè)物體接觸時(shí)，探頭與被測(cè)物體表面間存在一層空氣薄層，空氣將引起三個(gè)界面間強(qiáng)烈的雜亂反射存在一層空氣薄層，空氣將引起三個(gè)界面間強(qiáng)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，使超聲波能順利地入射到被測(cè)介質(zhì)

11、中。在間的空氣排擠掉，使超聲波能順利地入射到被測(cè)介質(zhì)中。在工業(yè)中，經(jīng)常使用一種稱為耦合劑的液體物質(zhì)，使之充滿在工業(yè)中，經(jīng)常使用一種稱為耦合劑的液體物質(zhì)，使之充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有自來(lái)水、接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有自來(lái)水、機(jī)油、甘油、水玻璃、膠水、化學(xué)漿糊等。機(jī)油、甘油、水玻璃、膠水、化學(xué)漿糊等。 當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測(cè)物兩側(cè)時(shí)，這種類型稱為透射型。透射測(cè)物兩側(cè)時(shí)，這種類型稱為透射型。透射型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、接近開(kāi)關(guān)型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、接近開(kāi)關(guān)等。超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于等。超聲發(fā)射

12、器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型，反射型可用于接近開(kāi)關(guān)、測(cè)距、反射型，反射型可用于接近開(kāi)關(guān)、測(cè)距、測(cè)液位或物位、金屬探傷以及測(cè)厚等。測(cè)液位或物位、金屬探傷以及測(cè)厚等。 超聲波測(cè)物位(d) (c) (b) (a) 幾種超聲波檢測(cè)物位工作原理 設(shè)設(shè)l為超聲波換能器與被測(cè)液體容器底部距離，為超聲波換能器與被測(cè)液體容器底部距離，c為為聲速，聲速，t為超聲波換能器發(fā)射超聲波到接收到反射波的為超聲波換能器發(fā)射超聲波到接收到反射波的時(shí)間間隔，則可確定所測(cè)液位高度時(shí)間間隔，則可確定所測(cè)液位高度h為為 1.2hlhlct1.2hct 液液液超聲波相界面?zhèn)鞲衅髟韴D，超聲波探頭安液超聲波相界面?zhèn)鞲衅髟韴D，超聲波探

13、頭安裝于容器底部，裝于容器底部，a a、b b兩種液體相界面在兩種液體相界面在h h處，超聲波在處，超聲波在a a、b b兩種液體的傳播速度為兩種液體的傳播速度為v1v1、v2v2，設(shè)超聲波在液體，設(shè)超聲波在液體a a中傳播并被相界面反射回來(lái)的往返時(shí)間為中傳播并被相界面反射回來(lái)的往返時(shí)間為t1t1、超聲波、超聲波在液體在液體a,ba,b中傳播并被液面反射回來(lái)的往返時(shí)間為中傳播并被液面反射回來(lái)的往返時(shí)間為t2t2，11221222htvhhtvv212()2tt vhlhl1 12t vh 超聲波傳感器應(yīng)用舉例超聲波傳感器應(yīng)用舉例 超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)） 超聲波流量

14、傳感器原理n超聲波在流體中傳播時(shí)，受到流體速度的影響而超聲波在流體中傳播時(shí)，受到流體速度的影響而載有載有流速信息流速信息；n通過(guò)檢測(cè)接收到的超聲波信號(hào)可以測(cè)知流體流速，從通過(guò)檢測(cè)接收到的超聲波信號(hào)可以測(cè)知流體流速，從而求得流體流量。而求得流體流量。 n由于超聲波在流體中的傳播速度與流體流速有關(guān)。由于超聲波在流體中的傳播速度與流體流速有關(guān)。n傳播速度法利用超聲波在流體中順流與逆流傳播的速傳播速度法利用超聲波在流體中順流與逆流傳播的速度變化來(lái)測(cè)量流體流速并進(jìn)而求得流過(guò)管道的流量。度變化來(lái)測(cè)量流體流速并進(jìn)而求得流過(guò)管道的流量。 壓電式超聲波傳感器n利用壓電材料的壓電效應(yīng)原理來(lái)工作的。利用壓電材料的壓

15、電效應(yīng)原理來(lái)工作的。a.a.發(fā)生器發(fā)生器: :利用逆壓電效應(yīng)的原理利用逆壓電效應(yīng)的原理將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)高頻機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。，從而產(chǎn)生超聲波。n當(dāng)外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時(shí)當(dāng)外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振，此時(shí)產(chǎn)生的超聲波最強(qiáng)。會(huì)產(chǎn)生共振，此時(shí)產(chǎn)生的超聲波最強(qiáng)。 b.b.接收器接收器: :利用正壓電效應(yīng)原理利用正壓電效應(yīng)原理進(jìn)行工作的。進(jìn)行工作的。n當(dāng)超聲波作用到壓電晶片上時(shí)引起晶片伸縮，在晶當(dāng)超聲波作用到壓電晶片上時(shí)引起晶片伸縮，在晶片的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，這些片的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，這些電

16、荷電荷被轉(zhuǎn)換成電壓被轉(zhuǎn)換成電壓經(jīng)放大后送到測(cè)量電路，最后記錄或經(jīng)放大后送到測(cè)量電路，最后記錄或顯示出來(lái)。顯示出來(lái)。石英晶體石英晶體 壓壓電陶瓷電陶瓷超聲波發(fā)生器n軟件發(fā)生法 利用軟件產(chǎn)生40khz的超聲波信號(hào)，通過(guò)輸出引腳輸入至驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)后推動(dòng)探頭產(chǎn)生超聲波。特點(diǎn)：充分利用軟件，靈活性好，注意：需要設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流100ma以上的驅(qū)動(dòng)電路超聲波硬件發(fā)生法n利用超聲波專業(yè)發(fā)生電路或通用發(fā)生電路產(chǎn)生超聲波信號(hào)，并直接驅(qū)動(dòng)換能器產(chǎn)生超聲波。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需驅(qū)動(dòng)電路n缺點(diǎn)：靈活性低。單片機(jī)p1.0端口輸出40khz方波信號(hào)一路經(jīng)一級(jí)反向器后送到超聲波換能器的一個(gè)電極，另一路經(jīng)兩級(jí)反向器后送到超聲波

17、換能器的另一個(gè)電極。用這種推挽形式將方波信號(hào)加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強(qiáng)度。輸出端采用兩個(gè)反向器并聯(lián)，用以提高驅(qū)動(dòng)能力，上拉電阻r8、r9一方面可以提高反向器74ls04輸出高電平的驅(qū)動(dòng)能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時(shí)間。 超聲波檢測(cè)接收電路 cx20106a n紅外接收的專用芯片，常用于電視紅外遙控器。常用的載波頻率38khz 與測(cè)距的40khz 較為相近，可以利用它來(lái)做接收電路。適當(dāng)?shù)母淖僣3 的大小，可以改變接受電路的靈敏度和抗干擾能力。 ncx20106a 是日本索尼公司生產(chǎn)的紅外解調(diào)集成電路，采用8 腳單列直插式塑料超小型封裝，+5v

18、供電，內(nèi)部含可前置放大、自動(dòng)偏置、限幅放大、通帶攄波、峰值檢波、積分比較及施密特整形輸出等電路。（1） 前置放大器：它是高增益的放大器，由于超聲波在空氣中直線傳輸時(shí)，傳輸距離越大，能量的衰減越厲害，故反射回來(lái)的超聲波信號(hào)的幅值會(huì)有很大的變化。為了不使放大器的輸出信號(hào)過(guò)強(qiáng)而產(chǎn)生失真，集成塊內(nèi)部有自動(dòng)電平限制電路，對(duì)前置放大器的增益進(jìn)行自動(dòng)限制。通過(guò)反饋將放大器設(shè)定于適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，再由限制電平電路進(jìn)行自動(dòng)控制。 （2） 限度放大器：當(dāng)信號(hào)太強(qiáng)時(shí)為了防止放大器過(guò)載，限制高電平振幅， 同時(shí)也可消除寄生調(diào)幅干擾。 （3） 寬頻帶濾波器：其頻率范圍為30hz60hz，其中心頻率可調(diào)。 （4） 檢測(cè)器：將返回

19、的超聲波的包絡(luò)解調(diào)回來(lái)。 （5） 積分濾波器與整形電路：檢測(cè)器輸出的信號(hào)經(jīng)積分濾波器送到整形電路，輸出較好的矩形波（1） l 腳：超聲波信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為40k。 （2） 2腳：該腳與gnd之間連接rc串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性。增大電阻r或減小c，將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但c的改變會(huì)影響到頻率特性，一般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)，推薦選用參數(shù)為r=4.7，c=3.3f。 （3） 3腳：該腳與gnd之間連接檢波電容，電容量大為平均值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高

20、，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，推薦參數(shù)為3.3f。 （4） 4腳：接地端。 （5） 5腳：該腳與電源端vcc接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻率f0，阻值越大，中心頻率越低。例如，取r=200k時(shí)，fn42khz，若取r=220k，則中心頻率f038khz（6） 6腳： 該腳與gnd之間接入一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為330pf，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。 （7） 7腳：遙控命令輸出端，它是集電極開(kāi)路的輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，該電阻推薦阻值為22k，沒(méi)有接收信號(hào)時(shí)該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則會(huì)下降。 （8） 8腳： 電源正極，4.5v5v。

21、超聲波測(cè)距超聲波測(cè)距 空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)物空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)物時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一只空氣超聲探頭所時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈接收。測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間沖所需的時(shí)間t t，再乘以空氣的聲速，再乘以空氣的聲速（340m/s340m/s），就是超聲脈沖在被測(cè)距離所經(jīng)歷），就是超聲脈沖在被測(cè)距離所經(jīng)歷的路程，除以的路程，除以2 2就得到距離。就得到距離。 超聲波測(cè)流量 超聲波測(cè)量流體流量是利用超聲波在流體中傳輸時(shí)，在靜止流體和流動(dòng)流體中的傳播速度不同的特點(diǎn)，從而求得流體的流速和流量。n時(shí)

22、差法測(cè)流量時(shí)差法測(cè)流量 n相位差法測(cè)流量 (超聲波角頻率w有關(guān)，tw)n頻率差法測(cè)流量 超聲波測(cè)流體流量工作原理 流量顯示1789輸出信號(hào)換能器換能器接收接收發(fā)射發(fā)射壓電式流量計(jì)超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用一、一、超聲波流量計(jì)超聲波流量計(jì) f1發(fā)射的超聲波先到達(dá)發(fā)射的超聲波先到達(dá) t1測(cè)量流量原理分類測(cè)量流量原理分類 時(shí)間差法測(cè)量流量原理：在被測(cè)管道上下時(shí)間差法測(cè)量流量原理：在被測(cè)管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對(duì)超聲波發(fā)射和游的一定距離上，分別安裝兩對(duì)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

23、 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(cè)量?jī)山邮仗筋^上超聲波傳播的速度的不同，測(cè)量?jī)山邮仗筋^上超聲波傳播的時(shí)間差時(shí)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。 n當(dāng)f1按順流方向、f2按逆流方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波到達(dá)接收器t1和t2所需的時(shí)間t1和t2與流速之間的關(guān)系為n （4-5）n由于流體的流速相對(duì)聲速而言很小，即c u，因此時(shí)差n （4-6）n而流體流速 （4-7）uclt1uclt22122clutt

24、ttlcu22頻差法n頻差法是通過(guò)測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的頻差法是通過(guò)測(cè)量順流和逆流時(shí)超聲脈沖的循環(huán)頻率循環(huán)頻率之差之差來(lái)測(cè)量流量的。來(lái)測(cè)量流量的。n超聲波發(fā)射器向被測(cè)流體發(fā)射超聲脈沖，接收器收到超聲波發(fā)射器向被測(cè)流體發(fā)射超聲脈沖，接收器收到聲脈沖并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大后再用此電信號(hào)聲脈沖并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大后再用此電信號(hào)去觸發(fā)發(fā)射電路發(fā)射下一個(gè)聲脈沖，不斷重復(fù)，即任去觸發(fā)發(fā)射電路發(fā)射下一個(gè)聲脈沖，不斷重復(fù)，即任一個(gè)聲脈沖都是由前一個(gè)接收信號(hào)脈沖所觸發(fā)，形成一個(gè)聲脈沖都是由前一個(gè)接收信號(hào)脈沖所觸發(fā)，形成“聲循環(huán)聲循環(huán)”。n脈沖循環(huán)的周期主要是由流體中傳播聲脈沖的時(shí)間決脈沖循環(huán)的周期

25、主要是由流體中傳播聲脈沖的時(shí)間決定的，其倒數(shù)稱為定的，其倒數(shù)稱為聲循環(huán)頻率聲循環(huán)頻率（即重復(fù)頻率）。（即重復(fù)頻率）。 n順流時(shí)脈沖循環(huán)頻率和逆流時(shí)脈沖循環(huán)頻率分別為n （4-11）n順流和逆流時(shí)的聲脈沖循環(huán)頻差為n （4-12）n所以流體流速 （4-13）luctf111luctf221 lufff221flu2f1發(fā)射的超聲波到達(dá)發(fā)射的超聲波到達(dá) f2的時(shí)間較短的時(shí)間較短 頻率差法測(cè)量流量原理頻率差法測(cè)量流量原理： f1、f2 是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器與接收器用。首先由的控制，交替地作為

26、超聲波發(fā)射器與接收器用。首先由f1發(fā)射出第一發(fā)射出第一個(gè)超聲脈沖，它通過(guò)管壁、流體及另一側(cè)管壁個(gè)超聲脈沖，它通過(guò)管壁、流體及另一側(cè)管壁被被f2接收，此信號(hào)經(jīng)放接收，此信號(hào)經(jīng)放大后再次觸發(fā)大后再次觸發(fā)f1的驅(qū)動(dòng)電路，使的驅(qū)動(dòng)電路，使f1發(fā)射第二個(gè)聲脈沖發(fā)射第二個(gè)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(cè)得作接收器，可以測(cè)得f1的脈沖重復(fù)頻率為的脈沖重復(fù)頻率為f1。同理。同理可以測(cè)得可以測(cè)得f2的脈沖重復(fù)頻率為的脈沖重復(fù)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的的頻率差頻率差 f與被測(cè)流速與被測(cè)流速v成正比成正比 。f

27、2f1 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(cè)也可以安裝在管道的同一側(cè)選用流量計(jì)應(yīng)考慮的因素n選用流量計(jì)一般應(yīng)從性能、流體特性、安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)因素五個(gè)方面進(jìn)行選型。n1. 性能方面性能方面 n流量計(jì)的性能主要有：準(zhǔn)確度、重復(fù)性、線性度、范圍度、流量范圍、信號(hào)輸出特性、響應(yīng)時(shí)間、壓力損失等。n2. 流體特性方面流體特性方面 n流體特性方面主要考慮的有溫度、壓力、密度、粘度、化學(xué)腐蝕、磨蝕性、結(jié)垢、混相、相變、電導(dǎo)率、聲速、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等。n3. 安裝條件方面安裝條件方面 不同原理的測(cè)量方法對(duì)安裝要求差異很大。n4. 環(huán)境條件方面環(huán)境條件方面 環(huán)境條件方面主要考慮的因素

28、有環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾、安全性、防爆、管道振動(dòng)等。n5. 經(jīng)濟(jì)因素方面經(jīng)濟(jì)因素方面 經(jīng)濟(jì)方面只考慮流量計(jì)購(gòu)置費(fèi)是不全面的，還應(yīng)調(diào)查其它費(fèi)用，如附件購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、維護(hù)和流量校準(zhǔn)費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和備件費(fèi)等。流量計(jì)選型的步驟圖4-31 流量計(jì)選型流程超聲波測(cè)厚超聲波測(cè)厚超聲波測(cè)厚 雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動(dòng)脈沖，超聲脈沖到達(dá)試件底面時(shí)，振動(dòng)脈沖，超聲脈沖到達(dá)試件底面時(shí)，被反射回來(lái)，并被另一只壓電晶片所接被反射回來(lái)，并被另一只壓電晶片所接收。只要測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收收。只要測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間超聲波脈沖所需的時(shí)間t t，再乘以被測(cè)體

29、，再乘以被測(cè)體的聲速常數(shù)的聲速常數(shù)c c，就是超聲脈沖在被測(cè)件中，就是超聲脈沖在被測(cè)件中所經(jīng)歷的來(lái)回距離，再除以所經(jīng)歷的來(lái)回距離，再除以2 2，就得到厚，就得到厚度度 ： 5-7 21ct某超聲波測(cè)厚儀指標(biāo)某超聲波測(cè)厚儀指標(biāo) （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(diǎn)陣液晶顯示（帶背光）點(diǎn)陣液晶顯示（帶背光） 顯示位數(shù)：四位顯示位數(shù)：四位 測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：0.80.8200mm 200mm 示值精度：示值精度：0.1mm 0.1mm 聲速范圍：聲速范圍：1000 1000 9999m/s

30、 9999m/s 測(cè)量周期：測(cè)量周期：2 2次次/ /秒秒 自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)間：自動(dòng)關(guān)機(jī)時(shí)間：9090秒秒 電源：二節(jié)七號(hào)（電源：二節(jié)七號(hào)（aaaaaa）電）電池，可連續(xù)工作不少于池，可連續(xù)工作不少于7272小小時(shí)時(shí) 使用溫度：使用溫度：-10-10c c 40 40c c 存儲(chǔ)溫度：存儲(chǔ)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）超聲波測(cè)厚超聲波測(cè)厚石料測(cè)厚石料測(cè)厚手持式超聲波測(cè)手持式超聲波測(cè)厚儀厚儀超聲波測(cè)量液位和物位原理超聲波測(cè)量液位和物位原理 在液罐上方安裝空氣傳在液罐上方

31、安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測(cè)得液體的液面。可測(cè)得液體的液面。 超聲波液位計(jì)原理超聲波液位計(jì)原理 1 1液面液面 2 2直管直管 3 3空氣超聲探空氣超聲探頭頭 4 4反射小板反射小板 5 5電子開(kāi)關(guān)電子開(kāi)關(guān) 從顯示屏測(cè)得to=1.5ms,t1=6ms,已知水底到超聲波探頭的間距為10m，反射小板與探頭的間距為0.5m,求液位h.由于c=2h0/t0=2h1/t1則：h0/t0=h1/t1h1=t1*h0/t0=(6*0.5/1.5)m=2mh=h2-h1=10-2=2m超聲波測(cè)量液位和物位超聲波測(cè)量液位和物位 喇

32、叭形喇叭形 超聲發(fā)生超聲發(fā)生器器超聲波多普勒測(cè)量超聲波多普勒測(cè)量多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng) 前進(jìn)方向的前進(jìn)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(duì)運(yùn)動(dòng)，者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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，這種現(xiàn)象不相同了，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。測(cè)叫做多普勒效應(yīng)。測(cè)出出 f 就可得到運(yùn)動(dòng)速就可得到運(yùn)動(dòng)速度。度。超聲波多普勒測(cè)量風(fēng)速超聲波多普勒測(cè)量風(fēng)速風(fēng) 風(fēng)引起超聲波的頻率風(fēng)引起超聲波的頻率變大或變小變大或變小超聲防盜報(bào)警器超聲防盜報(bào)警器 圖中的上半部分為發(fā)射電路，下面為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)射出頻率接

33、收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率 f=40khz40khz左右左右的超聲波。如果有人進(jìn)入信號(hào)的有效區(qū)域，的超聲波。如果有人進(jìn)入信號(hào)的有效區(qū)域，相對(duì)速度為相對(duì)速度為 v，從人體反射回接收器的超聲，從人體反射回接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移 f。 超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）質(zhì)量檢查質(zhì)量檢查緊固件的安裝錯(cuò)誤檢測(cè)緊固件的安裝錯(cuò)誤檢測(cè)疊放疊放高度測(cè)量高度測(cè)量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）物件放置錯(cuò)誤檢測(cè)物件放置錯(cuò)誤檢測(cè)超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）透明塑料張力控制透明塑料張力控制機(jī)械手定機(jī)械手定