傳感器與自動檢測技術(shù)

1、1會計學(xué)傳感器與自動檢測技術(shù)傳感器與自動檢測技術(shù)2022-6-282書名：傳感器與自動檢測技術(shù)作者：張玉蓮ISBN：978-7-111-21945-3出版社：機械工業(yè)出版社層次：高職高專高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-283掌握超聲波、微波等波式傳感器的 工作原理及其應(yīng)用理解各種波式傳感器的物理基礎(chǔ)了解各種波式傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2847.1 7.1 超聲波傳感器超聲波傳感器 7.2 7.2 微波傳感器微波傳感器 7.3 7.3 多普勒傳感器多普勒傳感器本章小結(jié)本章小結(jié)復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題返回主目錄返回主目錄高職高專傳感器與自動檢測技

2、術(shù)課件 2022-6-285次聲波頻率次聲波頻率低于低于20Hz20Hz的聲的聲波，人耳聽不到，但可與人波，人耳聽不到，但可與人的器官發(fā)生共振，的器官發(fā)生共振，7 78Hz8Hz的的次聲波會引起熱的恐怖感，次聲波會引起熱的恐怖感，使人動作不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)致使人動作不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)致心臟停止跳動。心臟停止跳動。1 1、次聲波、次聲波u人們聽到的人們聽到的聲音聲音是由是由物體振動物體振動產(chǎn)生的，它的產(chǎn)生的，它的頻率在頻率在20 20kHz范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2862 2、可聞聲波、可聞聲波頻率頻率在在20Hz20kHz的聲波的聲波美妙的音樂能使人陶醉美妙的音

3、樂能使人陶醉高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-287超聲波：超聲波：頻率頻率超過超過20kHz的聲波。的聲波。超聲波超聲波人耳感覺不到人耳感覺不到，但許多動物，但許多動物都能感受到，如都能感受到，如海豚、蝙蝠海豚、蝙蝠以及某些以及某些昆蟲昆蟲，都能很好地感受可發(fā)出超聲波。，都能很好地感受可發(fā)出超聲波。檢測常用的超聲波頻率范圍為：檢測常用的超聲波頻率范圍為： 471 101 10HzHz高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-288u超聲波對液體、固體的超聲波對液體、固體的穿透能力很穿透能力很強強，尤其是對不透光的固體，它可以，尤其是對不透光的固體，它可以穿透幾穿透幾 十米

4、的深度十米的深度；u超聲波與可聞聲波不同，它可以被超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點。聚焦，具有能量集中的特點。u超聲波遇到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生超聲波遇到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生反反射、折射和波形變換射、折射和波形變換等現(xiàn)象。正是因等現(xiàn)象。正是因為超聲為超聲 波的這些特性，在工業(yè)、國波的這些特性，在工業(yè)、國防、醫(yī)療、家電等檢測和控制領(lǐng)域有防、醫(yī)療、家電等檢測和控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用著廣泛的應(yīng)用.高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-289超聲波的傳播方式超聲波的傳播方式縱波縱波橫波橫波表面波表面波高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2810質(zhì)點的質(zhì)點的振動振動

5、方向與波的方向與波的傳播傳播方向方向一致一致的波稱為縱波的波稱為縱波?？v波能在縱波能在固體、液體和氣體中傳播。固體、液體和氣體中傳播。高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2811橫波橫波質(zhì)點的質(zhì)點的振動振動方向與波的方向與波的傳播傳播方向方向垂直垂直的波稱為橫波。橫波只能在的波稱為橫波。橫波只能在固體中傳固體中傳播播。 高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2812質(zhì)點的振動介于縱波與橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑?，振幅隨深度的增加而迅質(zhì)點的振動介于縱波與橫波之間，沿著表面?zhèn)鞑?，振幅隨深度的增加而迅速衰減的波稱為表面波，只能在速衰減的波稱為表面波，只能在固體中傳播固體中傳播。高職

6、高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2813圖圖7-17-1超聲波反射與折射超聲波反射與折射高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-28141gcB（7-1）介質(zhì)的介質(zhì)的密度密度絕對壓絕對壓縮系數(shù)縮系數(shù)高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2815331.50.607 (/ )ct m s（7-2）對對固體固體，其傳播速度，其傳播速度c c為為（7-3）環(huán)境環(huán)境溫度溫度(1)(1)(12 )Ec固體的彈固體的彈性模量性模量泊松系泊松系數(shù)比數(shù)比高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2816（7-4）當(dāng)入射波和反射波的波形一樣，波速一樣，入射角即等于反射角。當(dāng)入

7、射波和反射波的波形一樣，波速一樣，入射角即等于反射角。1sinsincc高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2817（7-5）2sinsinCC在自動檢測中，經(jīng)常采用超聲波在兩介質(zhì)中的界面所產(chǎn)生的折射和反射現(xiàn)在自動檢測中，經(jīng)常采用超聲波在兩介質(zhì)中的界面所產(chǎn)生的折射和反射現(xiàn)象進行測量。象進行測量。高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2818高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2819介質(zhì)中的能量衰減程度與超聲波介質(zhì)中的能量衰減程度與超聲波和介質(zhì)密度有很大關(guān)系。氣體的密和介質(zhì)密度有很大關(guān)系。氣體的密度很小，因此衰減很快，尤其對于度很小，因此衰減很快，尤其對于高頻

8、率超聲波而言，衰減更快。因高頻率超聲波而言，衰減更快。因此，在空氣中測量時，要采用較低此，在空氣中測量時，要采用較低頻率的超聲波，一般低于數(shù)十頻率的超聲波，一般低于數(shù)十kHzkHz，而在固體中則應(yīng)該采用頻率高的超而在固體中則應(yīng)該采用頻率高的超聲波，一般應(yīng)該在聲波，一般應(yīng)該在MHzMHz數(shù)量級以上。數(shù)量級以上。（7-6)AeII0圖圖7-2 7-2 超聲波能量的衰減超聲波能量的衰減高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2820高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2821圖圖7-3a7-3a高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2822圖圖7-3b7-3b高職高專傳

9、感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2823高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2824圖圖7-3c7-3c高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2825高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2826高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2827高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2828高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2829圖圖7-47-4高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2830高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2831圖圖7-5 7-5 超聲波應(yīng)用兩種基本類型超聲波應(yīng)用兩種基本類型高職高

10、專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2832高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2833工件中沒有缺陷，則超聲波傳播到工件中沒有缺陷，則超聲波傳播到工件底部便產(chǎn)生反射，在熒光屏上工件底部便產(chǎn)生反射，在熒光屏上只產(chǎn)生開始脈沖只產(chǎn)生開始脈沖T T和底部脈沖和底部脈沖B B，有缺陷，一部分聲波脈沖在缺陷處產(chǎn)生有缺陷，一部分聲波脈沖在缺陷處產(chǎn)生反射，另一部分繼續(xù)傳播到工件底部產(chǎn)反射，另一部分繼續(xù)傳播到工件底部產(chǎn)生反射，這樣在熒光屏上除了仍會出現(xiàn)生反射，這樣在熒光屏上除了仍會出現(xiàn)開始脈沖開始脈沖T T和底部脈沖和底部脈沖B B以外，還會出現(xiàn)以外，還會出現(xiàn)缺陷脈沖缺陷脈沖F F高職高專傳

11、感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2834高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2835圖圖7-77-7高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2836圖圖7-8 7-8 表面波探傷表面波探傷高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2837圖圖7-9 7-9 超聲波流量計原理圖超聲波流量計原理圖高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 傳感器與自動檢測技術(shù) 張玉蓮978-7-111-21945-32022-6-2838cos1vcvcos2vcvv超聲波由反射探頭超聲波由反射探頭F F2 2至接收至接收探頭探頭T T2 2的絕對傳播速度為的絕對傳播速度為: :高職高專傳感

12、器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-283922212coscot2cossin/cossin/vcdvvcdvcdttt超聲波順流與逆流傳播的超聲波順流與逆流傳播的時間差時間差為為 cot22cdvt 因為因為v v c c，所以，所以2tan2cvtd則體積流量約為則體積流量約為22tan48VQd vdct流速流速 及流量及流量Q QV V 均與時間差成正比均與時間差成正比，而時間差可用標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖計數(shù)器，而時間差可用標(biāo)準(zhǔn)時間脈沖計數(shù)器實現(xiàn)。上述方法被稱為時間差法。在實現(xiàn)。上述方法被稱為時間差法。在這種方法中，流量與聲速這種方法中，流量與聲速C C 有關(guān)，而有關(guān)，而聲速一般隨介質(zhì)的聲速一

13、般隨介質(zhì)的溫度溫度變化而變化，變化而變化，因此將造成因此將造成溫漂溫漂。 v高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 傳感器與自動檢測技術(shù) 張玉蓮978-7-111-21945-32022-6-2840圖圖7-10 7-10 頻率差法測流量的原理頻率差法測流量的原理21、FFF F2 2發(fā)射的超聲波到達(dá)發(fā)射的超聲波到達(dá)F F1 1的時間的時間較長較長F F1 1發(fā)射的超聲波到發(fā)射的超聲波到達(dá)達(dá)F F2 2的時間的時間較短較短高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2841vDfff2sin21 超聲波流量計最大的特點是：超聲波流量計最大的特點是：探頭可以裝在探頭可以裝在被側(cè)流體管道的外面，實現(xiàn)

14、非接觸測量，既不被側(cè)流體管道的外面，實現(xiàn)非接觸測量，既不干擾流體流動狀態(tài)，又不受流體流動的其它參干擾流體流動狀態(tài)，又不受流體流動的其它參數(shù)影響，而且大大降低了流量計的安裝費用數(shù)影響，而且大大降低了流量計的安裝費用。其輸出基本上與流量成線性關(guān)系，測量精度一其輸出基本上與流量成線性關(guān)系，測量精度一般可達(dá)到般可達(dá)到1%1%。其價格與管道的尺寸無關(guān)，因此。其價格與管道的尺寸無關(guān)，因此特別適合大口徑管道，以及含有磨損性雜質(zhì)或特別適合大口徑管道，以及含有磨損性雜質(zhì)或腐蝕性液體的測量。腐蝕性液體的測量。高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-284212ct在電路上只要在從發(fā)射到接收這段時間在電路上

15、只要在從發(fā)射到接收這段時間內(nèi)使計數(shù)電路計數(shù)，便可達(dá)到數(shù)字顯示內(nèi)使計數(shù)電路計數(shù)，便可達(dá)到數(shù)字顯示之目的。使用雙晶直探頭可以使信號處之目的。使用雙晶直探頭可以使信號處理電路趨于簡化，有利與縮小儀表的體理電路趨于簡化，有利與縮小儀表的體積。探頭內(nèi)部的延遲塊可減小雜亂反射積。探頭內(nèi)部的延遲塊可減小雜亂反射波的干擾。波的干擾。圖圖7-117-11超聲波測厚示意圖超聲波測厚示意圖高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2843圖圖7-12 7-12 超聲波測量液體密度原理圖超聲波測量液體密度原理圖高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2844圖圖7-13 7-13 超聲波液位測量示意圖超

16、聲波液位測量示意圖高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2845高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2846高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2847高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2848返回本章目錄返回本章目錄高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2849高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2850高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2851高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2852圖圖7-14 7-14 微波傳感器的構(gòu)成微波傳感器的構(gòu)成轉(zhuǎn)換器可以是一個微波場的有限空間，被測物即出于其中。如

17、果轉(zhuǎn)換器可以是一個微波場的有限空間，被測物即出于其中。如果MSMS與與T T合二為一，稱之為有源微波傳感器；如果合二為一，稱之為有源微波傳感器；如果MSMS與與R R合二為一，則稱其合二為一，則稱其為為自振式微波傳感器自振式微波傳感器。微波源微波源Microwave Source轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器TransducerTransducer接收器接收器ReceiverReceiver高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2853高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2854 與與 不僅與不僅與材料材料有關(guān)，還與測試信號有關(guān)，還與測試信號頻率頻率有關(guān)。所有極性分子均有此特性，一般有關(guān)。

18、所有極性分子均有此特性，一般干燥的物體，如木材、皮革、谷物、紙張、塑料等，其干燥的物體，如木材、皮革、谷物、紙張、塑料等，其 值在值在1 15 5范圍內(nèi)，而水的范圍內(nèi)，而水的 值則高達(dá)值則高達(dá)6464，因此，材料中如果含有少量的水分，其復(fù)合的，因此，材料中如果含有少量的水分，其復(fù)合的 值將明顯上升，值將明顯上升， 也也有類似性質(zhì)。有類似性質(zhì)。使用微波傳感器，同時測量使用微波傳感器，同時測量干燥物體干燥物體（純）與（純）與含水一定的潮濕含水一定的潮濕物體所引起的微波信號物體所引起的微波信號的相移與衰減量，將獲得的信號進行比較，就可以換算出潮濕物體的含水量。目前已經(jīng)的相移與衰減量，將獲得的信號進行

19、比較，就可以換算出潮濕物體的含水量。目前已經(jīng)研制成土壤、煤、石油、礦砂、酒精、玉米、稻谷、塑料、皮革等一批含水量測量儀。研制成土壤、煤、石油、礦砂、酒精、玉米、稻谷、塑料、皮革等一批含水量測量儀。(7-13) 儲能的度量儲能的度量常數(shù)常數(shù)衰減的度量衰減的度量 高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2855圖圖7-15 7-15 酒精含水量測量儀器酒精含水量測量儀器高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2856當(dāng)發(fā)射功率、波長、增益均恒當(dāng)發(fā)射功率、波長、增益均恒定時，只要測出接收功率，就可定時，只要測出接收功率，就可得到被測液面的高度。得到被測液面的高度。(7-14)(7-1

20、4)dsPGGpV44202接受天線的接接受天線的接受功率受功率, ,單位單位W W發(fā)射天線的發(fā)射天線的功率功率接受天線接受天線的的增益增益兩天線的間距兩天線的間距離，單位離，單位m m圖圖7-16 7-16 微波液位計微波液位計兩天線與被測兩天線與被測表面間的垂直表面間的垂直距離，單位距離，單位m m發(fā)射天線的發(fā)射天線的增益增益高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2857圖圖7-177-17微波物位計微波物位計高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2858圖圖7-187-18微波測厚儀微波測厚儀高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2859微波頻段的輻射計就是

21、一個微波溫微波頻段的輻射計就是一個微波溫度傳感器。圖度傳感器。圖7-19 7-19 給出了微波溫度給出了微波溫度傳感器的原理方框圖。其中傳感器的原理方框圖。其中TinTin為輸為輸入溫度（被測溫度）；入溫度（被測溫度）；TcTc為基準(zhǔn)溫為基準(zhǔn)溫度；度；C C為環(huán)行器；為環(huán)行器；BPFBPF為帶通濾波器；為帶通濾波器；LNALNA為低噪聲放大器；為低噪聲放大器；M M為混頻器；為混頻器；LOLO為本機振蕩器。這個傳感器的關(guān)為本機振蕩器。這個傳感器的關(guān)鍵部件是低噪聲放大器，它決定了鍵部件是低噪聲放大器，它決定了傳感器的靈敏度。傳感器的靈敏度。圖圖7-19 7-19 微波溫度傳感器微波溫度傳感器高職

22、高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2860高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2861圖圖7-20 7-20 微波定位傳感器微波定位傳感器返回本章目錄返回本章目錄高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2862高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2863圖圖7-21 7-21 多普勒效應(yīng)示意圖多普勒效應(yīng)示意圖高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 傳感器與自動檢測技術(shù) 張玉蓮978-7-111-21945-32022-6-2864圖圖7-21 多普勒效應(yīng)示意圖多普勒效應(yīng)示意圖高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 傳感器與自動檢測技術(shù) 張玉蓮978-7-111-2

23、1945-32022-6-286501sff(7-15 )根據(jù)多普勒效應(yīng)，可定量分析得到多普勒頻率：根據(jù)多普勒效應(yīng)，可定量分析得到多普勒頻率：波在靜波在靜止介質(zhì)止介質(zhì)中的傳中的傳播速度播速度波源的固波源的固有頻率有頻率變化后變化后的頻率的頻率觀察者相對于觀察者相對于介質(zhì)的速度介質(zhì)的速度波源相對于波源相對于介質(zhì)的速度介質(zhì)的速度00ss1ff1ff高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2866高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2867高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 傳感器與自動檢測技術(shù) 張玉蓮978-7-111-21945-32022-6-28682cosdf運動方向與運

24、動方向與微波傳輸方微波傳輸方向的夾角向的夾角微波信號微波信號的波長的波長被測目標(biāo)的被測目標(biāo)的運動速度運動速度321多普勒雷達(dá)檢測線速度工作原理多普勒雷達(dá)檢測線速度工作原理1 1被測物體被測物體 2 2發(fā)射波和反射波發(fā)射波和反射波 3 3雷達(dá)雷達(dá)高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2869高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2870Hr高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2871高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2872高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 2022-6-2873高職高專傳感器與自動檢測技術(shù)課件 傳感器與自動檢測技術(shù) 張玉蓮978-7-111-21945-32022-6-2874472 10 1 10 Hz返回本章目錄