第10章 超聲波傳感器

1、第10章 超聲波傳感器 10.1 超聲波及其物理性質(zhì)超聲波及其物理性質(zhì)10.2 超聲波傳感器超聲波傳感器10.3 超聲波傳感器的應(yīng)用超聲波傳感器的應(yīng)用第第10章章 超聲波傳感器超聲波傳感器第10章 超聲波傳感器 第第10章章 超聲波傳感器超聲波傳感器 功率超聲：用超聲波使物體或物性變化的功率應(yīng)用。 檢測超聲：用超聲波獲取若干信息。超聲波技術(shù)應(yīng)用：超聲探傷、超聲清洗、超聲焊接、 超聲監(jiān)測、超聲醫(yī)療等。高于20000Hz的機械波，稱之為超聲波。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。第10章 超聲波傳感器 10.1 超聲波及其物理性質(zhì)超聲波及其物理性質(zhì) 振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動， 簡稱波波。

2、 頻率在162104 Hz之間，能為人耳所聞的機械波, 稱為聲波聲波； 低于16 Hz的機械波, 稱為次聲波次聲波； 高于2104 Hz的機械波, 稱為超聲波超聲波。 頻率在310831011Hz之間的波，稱為微波微波。 第10章 超聲波傳感器 第10章 超聲波傳感器 一、一、 超聲波的波形及其轉(zhuǎn)換超聲波的波形及其轉(zhuǎn)換 聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向的不同, 聲波的波型也不同。通常有: 縱波質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波； 橫波質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波； 表面波質(zhì)點的振動介于橫波與縱波之間， 沿著 表面?zhèn)鞑ィ穹S著深度的增加而迅速衰 減的波。 橫波只能在固體中傳播，縱波能

3、在固體、液體和氣體中傳播, 表面波只能在固體表面?zhèn)鞑?。?0章 超聲波傳感器 21sinsincca（10-2） 二、超聲波的反射和折射二、超聲波的反射和折射第10章 超聲波傳感器 三、三、 超聲波的衰減超聲波的衰減聲壓和聲強的衰減規(guī)律 P x = P0e-x （10 - 7） I x = I0e-2x （10 - 8）式中:P x、Ix距聲源x處的聲壓和聲強; x聲波與聲源間的距離; 衰減系數(shù), 單位為N p / m（奈培/米）聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，其衰減的程度與聲波的擴散、散射及吸收等因素有關(guān)。第10章 超聲波傳感器 10.2 超聲波傳感器超聲波傳感器超聲波

4、傳感器超聲波傳感器：利用超聲波在超聲場中的物理特性和各 種效應(yīng)而研制的裝置。 又稱為超聲波換能器換能器、 探頭探頭、探測器探測器。 壓電式 超聲波探頭分類 磁致伸縮式 電磁式等 第10章 超聲波傳感器 第10章 超聲波傳感器 10.3 超聲波傳感器的應(yīng)用超聲波傳感器的應(yīng)用 一、一、 超聲波物位傳感器超聲波物位傳感器 反射式 物位傳感器 透射式 超聲波發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波脈沖，在介質(zhì)中傳到相界面經(jīng)過反射后，再返回到接收換能器，這就是回聲測距原理。 第10章 超聲波傳感器 單換能器傳感器單換能器傳感器:發(fā)射和接收超聲波均使用一個換能器。 雙換能器傳感器雙換能器傳感器:發(fā)射和接收各由一個換能器擔任

5、。第10章 超聲波傳感器 對于單換能器來說, 超聲波從發(fā)射到液面, 又從液面反射到換能器的時間為 cht22cth式中: h換能器距液面的距離; c超聲波在介質(zhì)中傳播的速度。 對于雙換能器來說, 超聲波從發(fā)射到被接收經(jīng)過的路程為2s, s = （10 - 11）液位高度為 （10 - 12）式中: s超聲波反射點到換能器的距離; a兩換能器間距之半。2ct（10 - 9）（10-10）22ash第10章 超聲波傳感器 第10章 超聲波傳感器 RL-TD超聲波液位計超聲波液位計用途：用途： 采用小功率、小盲區(qū)收發(fā)一體式進口超超聲波傳感器聲波傳感器，通過測量時間差的原理，經(jīng)微處理器進行信號處理精密

6、計算，測得液料距離。主要測量液體液位高低如江河水位、廢水液位、罐裝液體液位、泥漿等, RL-TD超聲波液位計超聲波液位計現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于污水處理、電廠、化工廠、鋼廠、制藥廠、酒廠。本產(chǎn)品可用于有輕微防腐要求的環(huán)境中，該產(chǎn)品在國內(nèi)已有近十年的應(yīng)用史，性能達到國際標準，是降低費用、替代進口產(chǎn)品的理想選擇。 工業(yè)殼體型工業(yè)殼體型 第10章 超聲波傳感器 LU超聲波液位計超聲波液位計用途：用途： 美國原裝進口產(chǎn)品，非接觸式二線制連續(xù)測量，超聲波液位計適合應(yīng)用在酸堿罐、油、污水罐測量，最大量程范圍達12m，是化工廠(酸咸液均可)、污水處理廠、制藥廠及環(huán)保部門液位測量的最佳選擇。 第10章 超聲波傳感器 二

7、、二、 超聲波流量傳感器超聲波流量傳感器1.原理原理第10章 超聲波傳感器 設(shè)順流方向的傳輸時間為 t1， 逆流方向的傳輸時間為 t2，流體靜止時的超聲波傳輸速度為 c， 流體流動速度為 v，則 t1 = （10 - 13） t2 = （10 - 14） vcLvcL超聲波傳播時間差為 t = t2 - t1 = （10 - 15）222vcLv由于cv, 從上式可得到流體的流速:tLc22v = （10 - 16）第10章 超聲波傳感器 cos1vcccos2vcccos221ccv 換能器A、B與管道軸線夾角為，管徑為D，流體流速為v，換能器A發(fā)射，B接收時，超聲波的傳播速度為 當B發(fā)射而

8、A接收時，超聲波傳播速度為c流體靜止時的 超聲波傳輸速度。 消去c，得： 第10章 超聲波傳感器 超聲波流量傳感器的測定方法：時差法、速差法、相差法、頻差法、多普勒法、相關(guān)法cos1vcLtcos2vcLt22212coscos2vcLvttt2cos2cLvtcos22Ltcv（1）時差法）時差法 設(shè)L為兩換能器間的傳播距離，當A發(fā)射，B接收，順流傳播時間為而B發(fā)射，A接收時，逆流傳播時間為時差為 vc 流體平均流速為 第10章 超聲波傳感器 2特點特點優(yōu)點優(yōu)點： 可以實現(xiàn)非接觸測量，對測量管道講無插入件，沒有流體附加阻力，不受介質(zhì)粘度、導(dǎo)電性及腐蝕性影響，另外，不論哪種方案，均為線性特性，容易實現(xiàn)數(shù)字化輸出及流量積算。缺點：缺點： 精度不太高，約為1%，另外溫度對聲速影響較大，故一般