第9章 新型傳感器

1、第9 9章 新型傳感器 2021-11-102一、教學(xué)目標(biāo)一、教學(xué)目標(biāo)（1 1）了解光纖傳感器和超聲波傳感器的概念。了解光纖傳感器和超聲波傳感器的概念。 （2 2）掌握光纖傳感器的結(jié)構(gòu)原理及超聲波傳感器的物理性質(zhì)。）掌握光纖傳感器的結(jié)構(gòu)原理及超聲波傳感器的物理性質(zhì)。（3 3）熟悉兩種新型傳感器在工程上的應(yīng)用。）熟悉兩種新型傳感器在工程上的應(yīng)用。二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1 1、重點(diǎn)：、重點(diǎn)：超聲波的物理性質(zhì)和光纖傳感器的結(jié)構(gòu)原理。超聲波的物理性質(zhì)和光纖傳感器的結(jié)構(gòu)原理。2 2、難點(diǎn)：、難點(diǎn)：超聲波的物理性質(zhì)。超聲波的物理性質(zhì)。三、教學(xué)學(xué)時(shí)三、教學(xué)學(xué)時(shí) 6 6學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)9.1 9.1 光

2、纖傳感器及其應(yīng)用 光纖傳感器具有靈敏度高、光纖傳感器具有靈敏度高、電絕緣性能好、抗電磁干擾、電絕緣性能好、抗電磁干擾、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕以及簡單、體積小、質(zhì)量輕以及耗能少等優(yōu)點(diǎn)。耗能少等優(yōu)點(diǎn)。 光的全反射實(shí)驗(yàn) 各種裝飾性光導(dǎo)纖維 發(fā)光二極管發(fā)光二極管產(chǎn)生多種顏產(chǎn)生多種顏色的光線，色的光線，通過光導(dǎo)纖通過光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)到東維傳導(dǎo)到東方明珠球體方明珠球體的表面。在的表面。在計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)控制下，可產(chǎn)生下，可產(chǎn)生動(dòng)態(tài)圖案。動(dòng)態(tài)圖案。上海東方明珠上海東方明珠9.1.1 9.1.1 光纖的基本概念1.光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)（a a）光纖的截面圖）光纖的截面

3、圖 （b b）光纖的外觀圖）光纖的外觀圖圖圖9-1 9-1 光纖的結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)1 1纖芯；纖芯；2 2包層；包層；3 3緩沖層；緩沖層；4 4加強(qiáng)層；加強(qiáng)層；5 5pvcpvc護(hù)套護(hù)套光纜的外形光纜的外形及光纖的拉制及光纖的拉制光纖拉制塔：光纖拉制塔：拉制速度：拉制速度：6001000m/min石英預(yù)制棒：直徑石英預(yù)制棒：直徑為為4060mm，長約，長約1m連續(xù)拉制成直徑為連續(xù)拉制成直徑為125m，長為，長為100200km的光纖的光纖光的反射、折射 當(dāng)一束光線以一定的入射角當(dāng)一束光線以一定的入射角1 1從介質(zhì)從介質(zhì)1 1射到介質(zhì)射到介質(zhì)2 2的分界面上時(shí)，一部分能量反射回原介質(zhì)；另一的分界

4、面上時(shí)，一部分能量反射回原介質(zhì)；另一部分能量則透過分界面，在另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播。部分能量則透過分界面，在另一介質(zhì)內(nèi)繼續(xù)傳播。 光的全反射 當(dāng)減小入射角當(dāng)減小入射角c c時(shí)，進(jìn)入介質(zhì)時(shí)，進(jìn)入介質(zhì)2 2的折射光與分界面的折射光與分界面的夾角將相應(yīng)減小，將導(dǎo)致折射波只能在介質(zhì)分界的夾角將相應(yīng)減小，將導(dǎo)致折射波只能在介質(zhì)分界面上傳播。對這個(gè)極限值時(shí)的入射角，定義為臨界面上傳播。對這個(gè)極限值時(shí)的入射角，定義為臨界角角c c。當(dāng)入射角小于。當(dāng)入射角小于c c時(shí)，入射光線將發(fā)生時(shí)，入射光線將發(fā)生全反射全反射。光在光纖中的全反射 光纖的類型 階躍型階躍型：光纖：光纖纖芯纖芯的折射率分布各點(diǎn)均的折射率分布各點(diǎn)均

5、勻一致，稱為多模光纖。勻一致，稱為多模光纖。 梯度型梯度型：梯度型光纖的的折射率呈聚焦：梯度型光纖的的折射率呈聚焦型，即在軸線上折射率最大，離開軸線型，即在軸線上折射率最大，離開軸線則逐步降低，至纖芯區(qū)的邊沿時(shí)，降低則逐步降低，至纖芯區(qū)的邊沿時(shí)，降低到與包層區(qū)一樣。到與包層區(qū)一樣。 單孔型光纖單孔型光纖的纖芯直徑較?。〝?shù)微米）的纖芯直徑較?。〝?shù)微米）接近于被傳輸光波的波長，光以電磁接近于被傳輸光波的波長，光以電磁場場“模?！钡脑碓诶w芯中傳導(dǎo)，能量的原理在纖芯中傳導(dǎo)，能量損失很小，適宜于遠(yuǎn)距離傳輸。損失很小，適宜于遠(yuǎn)距離傳輸。 9.1.2 9.1.2 光纖傳感器的結(jié)構(gòu)原理（a） 傳統(tǒng)傳感器傳統(tǒng)

6、傳感器（b）光纖傳感器）光纖傳感器 光纖傳感器的基本工作原理是將來自光光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長、頻光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等）發(fā)生變化，稱為率、相位、偏正態(tài)等）發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送入光探被調(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。 9.1.3 9.1.3 光纖傳感器的分類1.根據(jù)光纖在傳感器中的作用進(jìn)行分類根據(jù)光纖在傳感器中

7、的作用進(jìn)行分類 分為分為功能型功能型光纖傳感器、光纖傳感器、非功能型非功能型光纖傳感器光纖傳感器和和拾光型拾光型光纖傳感器光纖傳感器 （a a）功能型）功能型 1 1）功能型光纖傳感器）功能型光纖傳感器光纖水聽器 光纖水聽器主要用于海光纖水聽器主要用于海洋聲學(xué)環(huán)境中的聲傳播、洋聲學(xué)環(huán)境中的聲傳播、噪聲、混響、海底聲學(xué)噪聲、混響、海底聲學(xué)特性、目標(biāo)聲學(xué)特性等特性、目標(biāo)聲學(xué)特性等的監(jiān)測。它既可用于海的監(jiān)測。它既可用于海洋、陸地石油天然氣勘洋、陸地石油天然氣勘探，也可用于海洋、陸探，也可用于海洋、陸地地震波檢測以及海洋地地震波檢測以及海洋環(huán)境檢測，它又是現(xiàn)代環(huán)境檢測，它又是現(xiàn)代海軍反潛作戰(zhàn)及水下兵海

8、軍反潛作戰(zhàn)及水下兵器試驗(yàn)的先進(jìn)檢測手段。器試驗(yàn)的先進(jìn)檢測手段。（b）非功能型2 2）非功能型光纖傳感器）非功能型光纖傳感器光纖傳感器光纖傳感器外形外形 3 3）拾光型光纖傳感器）拾光型光纖傳感器（c）拾光型）拾光型光纖溫度傳感器 2. 2.根據(jù)光受被測對象的調(diào)制形式進(jìn)行分類 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 偏振調(diào)制型光纖傳感器偏振調(diào)制型光纖傳感器 頻率調(diào)制型光纖傳感器頻率調(diào)制型光纖傳感器 相位調(diào)制型光纖傳感器相位調(diào)制型光纖傳感器 1 1）強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器 強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器是一種利用強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器是一種利用被測量的被測量的變化變化而引起而引起敏感元件參數(shù)的變化敏感元件參數(shù)

9、的變化，從而導(dǎo)致，從而導(dǎo)致光強(qiáng)度的變化光強(qiáng)度的變化來實(shí)現(xiàn)測量的傳感器。來實(shí)現(xiàn)測量的傳感器。 這種光纖傳感器可利用光纖的微彎損耗、振這種光纖傳感器可利用光纖的微彎損耗、振動(dòng)膜或者液晶的反射光強(qiáng)度的變化，以及物動(dòng)膜或者液晶的反射光強(qiáng)度的變化，以及物質(zhì)的熒光輻射或者光路的遮斷等構(gòu)成壓力、質(zhì)的熒光輻射或者光路的遮斷等構(gòu)成壓力、振動(dòng)、溫度、位移等各種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳振動(dòng)、溫度、位移等各種強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器。感器。 2 2）偏振調(diào)制型光纖傳感器 偏振調(diào)制型光纖傳感器是一種利用偏振調(diào)制型光纖傳感器是一種利用光偏振光偏振的變化的變化來傳遞來傳遞被測信號被測信號的傳感器。的傳感器。 這種傳感器可利用光在磁場媒

10、介中傳播的這種傳感器可利用光在磁場媒介中傳播的法拉第效應(yīng)做成電流或磁場傳感器，它可法拉第效應(yīng)做成電流或磁場傳感器，它可以避免光源強(qiáng)度的變化對其產(chǎn)生的影響，以避免光源強(qiáng)度的變化對其產(chǎn)生的影響，因此，靈敏度較高。因此，靈敏度較高。 3 3）頻率調(diào)制型光纖傳感器 頻率調(diào)制型光纖傳感器是一種利用頻率調(diào)制型光纖傳感器是一種利用單色光照射到被測量物體上時(shí)反射單色光照射到被測量物體上時(shí)反射回來的光的頻率發(fā)生變化回來的光的頻率發(fā)生變化來進(jìn)行監(jiān)來進(jìn)行監(jiān)測的一種傳感器。測的一種傳感器。 4 4）相位調(diào)制型傳感器 相位調(diào)制型傳感器是利用被測量對敏感相位調(diào)制型傳感器是利用被測量對敏感元件的作用，使元件的作用，使敏感元

11、件的折射率或者敏感元件的折射率或者傳播常數(shù)發(fā)生變化傳播常數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致，從而導(dǎo)致光的相位光的相位發(fā)生變化發(fā)生變化，通過檢測干涉條紋的變化量，通過檢測干涉條紋的變化量來確定光的相位的變化量，從而得到被來確定光的相位的變化量，從而得到被測量的信息。測量的信息。 9.1.4 9.1.4 光纖傳感器的應(yīng)用1.反射式光纖位移傳感器反射式光纖位移傳感器 非功能非功能圖圖9-6 9-6 反射式光纖位移傳感器的工作原理反射式光纖位移傳感器的工作原理2. 2.光纖壓力傳感器圖圖9-7 膜片反射式光纖壓力傳感器的原理圖膜片反射式光纖壓力傳感器的原理圖1y形光纖束；形光纖束； 2殼片；殼片； 3膜片膜片3.

12、3.光纖溫度傳感器圖圖9-8 光纖溫度傳感器示意圖光纖溫度傳感器示意圖1感溫黑色殼體感溫黑色殼體 2彩色液晶彩色液晶 3入射光纖；入射光纖；4出射光纖出射光纖適用于遠(yuǎn)距離防爆場所的溫度測量適用于遠(yuǎn)距離防爆場所的溫度測量 保護(hù)管保護(hù)管光纖溫度傳感器 4. 4.熱雙金屬式光纖溫度開關(guān)圖圖9-9 熱雙金屬式光纖溫度開關(guān)的原理圖熱雙金屬式光纖溫度開關(guān)的原理圖1遮光板；遮光板； 2雙金屬片雙金屬片 測溫范圍：測溫范圍：1050攝氏度攝氏度 缺點(diǎn)：反應(yīng)慢缺點(diǎn)：反應(yīng)慢5. 5.球面光纖液位傳感器 （a）不接觸液體的工況）不接觸液體的工況 （b）浸在液體中的工況）浸在液體中的工況圖圖9-10 球面光纖液位傳感

13、器的原理圖球面光纖液位傳感器的原理圖1入射光纖；入射光纖； 2透明球形端面；透明球形端面； 3包層；包層； 4出射光纖出射光纖6. 6.斜端面光纖液位傳感器（a）在空氣中）在空氣中 （b）在液體中）在液體中圖圖9-11 反射式斜端面光纖液位傳感器的原理圖反射式斜端面光纖液位傳感器的原理圖1、2光纖；光纖； 3棱鏡棱鏡7. 7.單光纖液位傳感器圖圖9-12 單光纖液位傳感器的結(jié)構(gòu)單光纖液位傳感器的結(jié)構(gòu)1光纖；光纖； 2耦合器耦合器 （a）尖頂磨平鍍反射膜的探頭（）尖頂磨平鍍反射膜的探頭（b）尖頂磨平并粘上突出物的探頭）尖頂磨平并粘上突出物的探頭圖圖9-13 改進(jìn)的光纖液位探頭改進(jìn)的光纖液位探頭探

14、頭離開液面，有液體附著，不能立即響應(yīng)。探頭離開液面，有液體附著，不能立即響應(yīng)。9.2 9.2 超聲波傳感器及其應(yīng)用 主要學(xué)習(xí)超聲波的主要學(xué)習(xí)超聲波的物理特性物理特性，著重了，著重了解超聲波在檢測技術(shù)中的一些解超聲波在檢測技術(shù)中的一些應(yīng)用應(yīng)用，也涉及也涉及無損探傷無損探傷的設(shè)備及方法。的設(shè)備及方法。聲波頻率的界限劃分1. 1.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，人耳聽不到，赫茲的聲波，人耳聽不到，但可與人體器官發(fā)生共振，但可與人體器官發(fā)生共振，78hz的次聲波會(huì)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)。停止跳動(dòng)。 在在自

15、然界自然界中，海上風(fēng)暴、中，海上風(fēng)暴、火山火山爆發(fā)、大爆發(fā)、大隕石隕石落地、落地、海嘯海嘯、電閃雷鳴、波浪擊岸、水中漩渦、空中、電閃雷鳴、波浪擊岸、水中漩渦、空中湍湍流流、龍卷風(fēng)龍卷風(fēng)、磁暴、磁暴、極光極光等都可能伴有次聲波的等都可能伴有次聲波的發(fā)生發(fā)生.在人類活動(dòng)中，諸如核在人類活動(dòng)中，諸如核爆炸爆炸、導(dǎo)彈飛行、火、導(dǎo)彈飛行、火炮發(fā)射、輪船航行、汽車爭馳、高樓和大橋搖晃，炮發(fā)射、輪船航行、汽車爭馳、高樓和大橋搖晃，甚至像鼓風(fēng)機(jī)、甚至像鼓風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)攪拌機(jī)、擴(kuò)音喇叭等在發(fā)聲的同、擴(kuò)音喇叭等在發(fā)聲的同時(shí)也都能產(chǎn)生次聲波。據(jù)研究稱，著名的時(shí)也都能產(chǎn)生次聲波。據(jù)研究稱，著名的“殺人殺人樂曲樂曲“黑色

16、星期天黑色星期天所彈奏的旋律也是屬于次所彈奏的旋律也是屬于次聲波。聲波。 2. 2.可聞聲波 美妙的音樂可使人陶醉。美妙的音樂可使人陶醉。3. 3.超聲波 蝙蝠能發(fā)出和聽見超聲波。蝙蝠能發(fā)出和聽見超聲波。9.2.1 9.2.1 超聲波的物理性質(zhì)1.超聲波的本質(zhì)超聲波的本質(zhì) 高于高于20khz的聲波的聲波 具有指向性好、能量集中、具有指向性好、能量集中、穿透本領(lǐng)大等特點(diǎn)穿透本領(lǐng)大等特點(diǎn) 2021-11-1049蝙蝠依靠蝙蝠依靠超聲波超聲波捕食捕食2021-11-1050壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下，可得到較大功率的超聲波，可以被聚焦，能用于集成電路及塑料的焊接。 超聲波塑料焊接機(jī)超

17、聲波塑料焊接機(jī)2021-11-10512. 2.超聲波的傳播方式 超聲波的傳播方式主要可分為縱波、超聲波的傳播方式主要可分為縱波、橫波、表面波等幾種。橫波、表面波等幾種。 2021-11-1052縱 波2021-11-1053橫 波 2021-11-1054表 面 波3. 3.聲速和波長1 聲速聲速 取決于介質(zhì)取決于介質(zhì)2 波長波長 f=c2021-11-1055彈性系數(shù)彈性系數(shù)密度密度聲阻抗聲阻抗z zz=z=cc4. 4.超聲波的反射與折射 當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播當(dāng)超聲波從一種介質(zhì)向另一種介質(zhì)傳播時(shí)，如果兩者的聲阻抗不同，就會(huì)在其時(shí)，如果兩者的聲阻抗不同，就會(huì)在其分界面上產(chǎn)生反

18、射和透射現(xiàn)象，使一部分界面上產(chǎn)生反射和透射現(xiàn)象，使一部分能量返回第一種介質(zhì)，另一部分能量分能量返回第一種介質(zhì)，另一部分能量穿過分界面進(jìn)入第二種介質(zhì)。穿過分界面進(jìn)入第二種介質(zhì)。 當(dāng)兩種不同的介質(zhì)聲阻抗相差較大時(shí)，當(dāng)兩種不同的介質(zhì)聲阻抗相差較大時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生超聲波反射。便會(huì)產(chǎn)生超聲波反射。 9.2.2 9.2.2 超聲波傳感器的應(yīng)用2021-11-1058超聲波可以被聚焦，具有能量集中的特點(diǎn)。超聲波霧化器超聲波霧化器超聲波加濕器超聲波加濕器2021-11-1059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)象類似于光波。便攜式超聲波便攜式超聲波探魚器

19、探魚器2021-11-1060超聲波測厚超聲波測厚 雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動(dòng)脈沖，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)，被反射回來，并超聲脈沖到達(dá)試件底面時(shí)，被反射回來，并被另一只壓電晶片所接收。只要測出從發(fā)射被另一只壓電晶片所接收。只要測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間t t，再乘以被測體的聲速常數(shù)再乘以被測體的聲速常數(shù)c c，就是超聲脈沖，就是超聲脈沖在被測件中所經(jīng)歷的來回距離，再除以在被測件中所經(jīng)歷的來回距離，再除以2 2，就得到厚度就得到厚度 ： 21ct2021-11-1061手持式超聲波測厚儀手持式

20、超聲波測厚儀2021-11-1062超聲波測厚超聲波測厚石料測厚石料測厚2021-11-1063超聲波手持式測厚超聲波手持式測厚混凝土測厚混凝土測厚木材測厚木材測厚小提琴小提琴 木料測厚木料測厚2021-11-1064雙晶超聲波測厚探頭雙晶超聲波測厚探頭2021-11-1065雙晶超聲波測厚探頭（續(xù)）雙晶超聲波測厚探頭（續(xù)）2021-11-1066超聲波用于高效清洗 當(dāng)弱的聲波信號作用于液體中時(shí)，會(huì)對液當(dāng)弱的聲波信號作用于液體中時(shí)，會(huì)對液體產(chǎn)生一定的負(fù)壓，即液體體積增加，液體產(chǎn)生一定的負(fù)壓，即液體體積增加，液體中分子空隙加大，形成許多微小的氣泡；體中分子空隙加大，形成許多微小的氣泡；而當(dāng)強(qiáng)的聲

21、波信號作用于液體時(shí)，則會(huì)對而當(dāng)強(qiáng)的聲波信號作用于液體時(shí)，則會(huì)對液體產(chǎn)生一定的正壓，即液體體積被壓縮液體產(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。減小，液體中形成的微小氣泡被壓碎。 經(jīng)研究證明：超聲波作用于液體中時(shí)，液體中每經(jīng)研究證明：超聲波作用于液體中時(shí)，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)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓的壓瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓的壓力，這種現(xiàn)象被稱之為力，這種現(xiàn)象被稱之為“空化作用空化作用”，超聲波清，超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來達(dá)洗正是利用液體中氣泡破

22、裂所產(chǎn)生的沖擊波來達(dá)到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。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、機(jī)械、玻璃、醫(yī)療儀器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)。等行業(yè)。2021-11-1068超聲波清洗原理及清洗器（參考湖南省瀏陽市醫(yī)用儀具廠 、北京德泰隆科技發(fā)展有限責(zé)任公司資料）超聲換能器超聲換能器氣泡氣泡波浪波浪清洗物清洗物2021-11-1069超聲波測量液位和物位原理超聲波測量液位和物位原理 在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測得液體的液面。就可測得液體的液面。 20

23、21-11-1070超聲波測量液位和物位超聲波測量液位和物位 喇叭形超聲發(fā)生器喇叭形超聲發(fā)生器2021-11-1071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，下面為接收電路。發(fā)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)射出頻率射器發(fā)射出頻率 f=40khz40khz左右的超聲波。如果有人左右的超聲波。如果有人進(jìn)入信號的有效區(qū)域，相對速度為進(jìn)入信號的有效區(qū)域，相對速度為 v，從人體反射，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)生頻率偏移偏移 f。 2021-11-1072超聲波多普勒測量車速2021-11-1073多普勒

24、效應(yīng)多普勒效應(yīng) 如果波源和觀察如果波源和觀察者之間有相對運(yùn)者之間有相對運(yùn)動(dòng)，那么觀察者動(dòng)，那么觀察者接收到的頻率和接收到的頻率和波源的頻率就不波源的頻率就不相同了，這種現(xiàn)相同了，這種現(xiàn)象叫做多普勒效象叫做多普勒效應(yīng)。應(yīng)。 測出測出 f f 就可得到就可得到運(yùn)動(dòng)速度。運(yùn)動(dòng)速度。2021-11-1074超聲波多普勒測量風(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 2021-11-1075a a型超聲波探傷型超聲波探傷起始波起始波 缺陷缺陷反射波反射波 底波底波工件工件缺陷缺陷2021-11-1076鋼軌探傷車鋼軌探傷車滑板式探頭滑板式探頭 2021-11-1077高速鋼軌高速鋼

25、軌探傷車探傷車 鐵路鋼軌探測用的滾軸式探頭（也鐵路鋼軌探測用的滾軸式探頭（也稱做輪式探頭）稱做輪式探頭）2021-11-1078 構(gòu)件的超聲探傷（續(xù)）構(gòu)件的超聲探傷（續(xù)）b 超超 胎兒的胎兒的b超影像超影像超聲波流量計(jì)9.3 9.3 微波傳感器9.3.1 微波的物理特性微波的物理特性1. 微波的特性微波的特性微波是波長為微波是波長為11000mm，頻率為，頻率為300mhz3000ghz的電磁波，它既有電磁波的特性，的電磁波，它既有電磁波的特性，具有波粒二象性，又與普通的無線電波及和光波不具有波粒二象性，又與普通的無線電波及和光波不同。同。2. 微波的特點(diǎn)：微波的特點(diǎn)：p 可定向輻射，空間直線

26、傳輸；可定向輻射，空間直線傳輸；p 遇到各種障礙物易于反射；遇到各種障礙物易于反射；p 繞射能力差；繞射能力差；p 傳輸特性好，傳輸過程中受煙霧、火焰、灰塵、傳輸特性好，傳輸過程中受煙霧、火焰、灰塵、強(qiáng)光燈強(qiáng)光燈 影響很??；影響很小；p 介質(zhì)對微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水介質(zhì)對微波的吸收與介質(zhì)的介電常數(shù)成比例，水對微波的吸收作用最強(qiáng)。對微波的吸收作用最強(qiáng)。 9.3.2微波傳感器的工作原理微波傳感器的工作原理 微波傳感器由微波傳感器由微波振蕩器和微波天線微波振蕩器和微波天線組成。組成。微波振蕩器是產(chǎn)生微波的裝置，微波振蕩器微波振蕩器是產(chǎn)生微波的裝置，微波振蕩器由速調(diào)管、磁控管或某些固體元件組成。由由速調(diào)管、磁控管或某些固體元件組成。由微波振蕩器產(chǎn)生的振蕩信號需要使用波導(dǎo)管微波振蕩器