超聲波式傳感器

9:17AM14.6超聲波式傳感器

機(jī)器魚自動(dòng)避障模塊設(shè)計(jì)對(duì)于自動(dòng)避障，本項(xiàng)目通過(guò)一個(gè)超聲波傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。超聲波傳感器的原理是：超聲波由壓電陶瓷超聲傳感器（收發(fā)一體化TR）發(fā)出后，遇到障礙物便反射回來(lái)，再被超聲波傳感器接收，然后將這一接收信號(hào)放大后送入單片機(jī)。9:17AM24.6.1超聲波及其物理性質(zhì)

波動(dòng)（簡(jiǎn)稱波）：振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播聲波：其頻率在16~2×104Hz之間，能為人耳所聞的機(jī)械波次聲波：低于16Hz的機(jī)械波超聲波：高于2×104Hz的機(jī)械波微波：頻率在3×108~3×1011Hz之間的波9:17AM3圖：聲波的頻率界限圖9:17AM4

次聲波是頻率低于20赫茲的聲波，人耳聽(tīng)不到，但可與人體器官發(fā)生共振，7~8Hz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)。產(chǎn)生次聲波的聲源是相當(dāng)廣泛的，現(xiàn)在人們已經(jīng)知道的次聲源有：火山爆發(fā)、墜入大氣層中的流星、極光、地震、海嘯、臺(tái)風(fēng)、雷暴、龍卷風(fēng)、電離層擾動(dòng)，等等。利用人工的方法也能產(chǎn)生次聲波，例如核爆炸、火箭發(fā)射、化學(xué)爆炸，等等。大面積瞬間殺人于無(wú)形的次聲波武器1.次聲波9:17AM51980年，一艘名叫“馬爾波羅”的帆船在由新西蘭駛往英國(guó)的途中突然神秘地失蹤；20年后，卻在火地島附近被人發(fā)現(xiàn)。船上的一切都原封不動(dòng)、完好如初。就連已死多年的船員也都各就各位，保持著工作狀態(tài)?？茖W(xué)家對(duì)他們的神秘死亡引起了極大的關(guān)注，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，終于發(fā)現(xiàn)，原來(lái)他們正是死于海上風(fēng)暴產(chǎn)生的次聲。

次聲波的危害9:17AM61992年11月24日，桂林上空發(fā)生了一起空難，141人死亡。當(dāng)事件的原因經(jīng)多方解釋而未肯定之時(shí)，中國(guó)聲學(xué)研究所的專家，提出了存在著因“次聲波”的作用而致使飛機(jī)墜毀的可能性。桂林屬半丘陵地帶，氣團(tuán)依山勢(shì)走向而上下浮動(dòng)，引起氣流震動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生一種“山背波”的次聲波，當(dāng)飛機(jī)遇到這種危害極大的由次聲波引起的晴空湍流時(shí)，如同落入一個(gè)風(fēng)旋渦中，在擠壓力、沖力等多種強(qiáng)勁外力的作用下，將造成飛機(jī)失控、產(chǎn)生機(jī)毀人亡的惡果。還有研究結(jié)果表明，次聲波對(duì)飛機(jī)的影響還有一種“生物效應(yīng)”。該理論認(rèn)為，當(dāng)次聲波的頻率接近人體頻率時(shí)，就有可能產(chǎn)生“共振”，飛機(jī)駕駛員無(wú)法承受這種強(qiáng)烈的效應(yīng)，就有致命的危險(xiǎn)。也就是說(shuō)，此次空難的兇手很可能就是這種次聲波。

9:17AM7次聲波武器按照感官刺激分類，目前研制出來(lái)的次聲武器可分為兩種。一種是神經(jīng)型次聲武器，它通過(guò)發(fā)射頻率與人腦的“阿爾法節(jié)律”相近（約5Hz）的次聲波，刺激人的神經(jīng)，使人暈眩頭痛、精神錯(cuò)亂。另一種是器官型次聲武器，通過(guò)發(fā)射頻率與人體內(nèi)臟固有頻率相當(dāng)（4～8Hz）的次聲波，使人出現(xiàn)惡心嘔吐、胃痛、呼吸困難等癥狀。

相對(duì)于傳統(tǒng)概念的武器，次聲波武器具有隱蔽性強(qiáng)、傳播速度快、傳播距離遠(yuǎn)、穿透力強(qiáng)、不污染環(huán)境和破壞設(shè)施等特點(diǎn)，從而被列為新概念武器家族的重要成員，勢(shì)必成為未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上的武器新寵。

9:17AM8

早在上世紀(jì)60年代，發(fā)達(dá)國(guó)家就競(jìng)相研究次聲波武器。1972年法國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)中心制成一臺(tái)強(qiáng)次聲發(fā)生器，首次試驗(yàn)就使5公里以內(nèi)的人員受到傷害。上世紀(jì)

80年代法國(guó)科學(xué)家加弗羅制出了一種“大哨笛”次聲發(fā)生器，聲壓級(jí)為160dB，能對(duì)人體器官產(chǎn)生損傷，當(dāng)時(shí)法國(guó)報(bào)紙稱它為“次聲槍”。1979年蘇聯(lián)秘密進(jìn)行次聲炸彈試驗(yàn)，由于當(dāng)時(shí)對(duì)其威力估計(jì)不足，又缺乏良好防護(hù)，造成數(shù)名現(xiàn)場(chǎng)人員死亡。法國(guó)科學(xué)家加夫雷奧聲波武器鼻祖9:17AM9美國(guó)更是不甘落后。美國(guó)陸軍武器研究室研制出一種可延伸至17米長(zhǎng)的喇叭型聲炮，發(fā)射功率達(dá)20kW（千瓦）。上世紀(jì)70年代，美警方開發(fā)了使人“僵化”或失去戰(zhàn)斗力的次聲武器，來(lái)控制騷亂。據(jù)稱美國(guó)干涉波黑內(nèi)戰(zhàn)時(shí)，曾秘密用過(guò)這些非致命次聲武器，僅幾秒鐘就使塞軍陣地陷入一片混亂，有人昏倒，有人嘔吐不止。

遠(yuǎn)程聲波設(shè)備目前已經(jīng)廣泛用于反暴亂和反恐行動(dòng),圖為裝備LRAD的美軍“斯特賴克”裝甲車9:17AM10次聲波的應(yīng)用通過(guò)研究自然現(xiàn)象所產(chǎn)生的次聲波的特性和產(chǎn)生的機(jī)理，更深入地研究和認(rèn)識(shí)這些自然現(xiàn)象的特征與規(guī)律。例如，利用極光所產(chǎn)生的次聲波，可以研究極光活動(dòng)的規(guī)律。(2)利用所接收到的被測(cè)聲源產(chǎn)生的次聲波，可以探測(cè)聲源的位置、大小和研究其他特性。例如，

通過(guò)接收核爆炸、火箭發(fā)射或者臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生的次聲波，來(lái)探測(cè)出這些次聲源的有關(guān)參量。9:17AM11(3)次聲波在大氣層中傳播時(shí)，很容易受到大氣介質(zhì)的影響，它與大氣層中的風(fēng)和溫度分布等因素有著密切的聯(lián)系。因此，可以通過(guò)測(cè)定自然或人工產(chǎn)生的次聲波在大氣中的傳播特性，探測(cè)出某些大規(guī)模氣象的性質(zhì)和規(guī)律。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以對(duì)大范圍大氣進(jìn)行連續(xù)不斷的探測(cè)和監(jiān)視。(4)人和其他生物不僅能夠?qū)Υ温暡óa(chǎn)生某些反應(yīng)，而且他(或它)們的某些器官也會(huì)發(fā)出微弱的次聲波。因此，可以利用測(cè)定這些次聲波的特性來(lái)了解人體或其他生物相應(yīng)器官的活動(dòng)情況。9:17AM122.可聞聲波美妙的音樂(lè)可使人陶醉。9:17AM133.超聲波蝙蝠能發(fā)出和聽(tīng)見(jiàn)超聲波。9:17AM14蝙蝠依靠超聲波捕食9:17AM15

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(diǎn)。

超聲波霧化器超聲波加濕器9:17AM16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)9:17AM17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。便攜式超聲波探魚器9:17AM18

魚群探測(cè)器

把這種探測(cè)器放在海里，它就會(huì)向水底發(fā)射聲波，如果有魚群通過(guò)，魚群吐出的大量水泡會(huì)使聲波反射回來(lái)，并通過(guò)壓電陶瓷接收聲波，變成電訊號(hào)，人們就可以從儀器上知道魚群的位置。用同樣的方法，也可以探測(cè)到海底暗礁，偵察在海洋里活動(dòng)的敵人的潛水艇。9:17AM19美國(guó)蜂鳥595C系列魚群探測(cè)器（GPS衛(wèi)星定位彩屏3￥7580

）9:17AM20超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用

胎兒B超影像9:17AM21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)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。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“空化作用”，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)到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。超聲波清洗應(yīng)用范圍非常廣泛，主要應(yīng)用于機(jī)械、電子、光學(xué)、醫(yī)藥、電鍍、涂裝及真空鍍膜前處理等行業(yè)。特別適用于表面形狀復(fù)雜的零件，如對(duì)精密工件上的狹縫、凹槽、深孔、肓孔的清洗，同時(shí)能夠清洗掉零件表面油污、銹蝕及氧化皮。特別對(duì)制藥行業(yè)各種玻璃制器及內(nèi)外科器械的清洗效果最為理想，不僅能達(dá)到清洗的目的，還能對(duì)玻璃器皿內(nèi)外壁附著的各種微生物、病菌起到粉碎作用，達(dá)到消毒滅菌的作用。9:17AM22超聲波清洗原理及清洗器

超聲換能器氣泡波浪清洗物9:17AM23電子行業(yè)專用超聲波清洗機(jī)電子零件的清洗/元器件的基體清洗/PCB板的清洗/電子材料加工成型后的清洗

珠寶行業(yè)專用超聲波清洗機(jī)

液晶行業(yè)專用超聲波清洗機(jī)

9:17AM244.6.2超聲波物理基礎(chǔ)

頻率高于20kHz的機(jī)械振動(dòng)波稱為超聲波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大，能穿透幾米厚的鋼板，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)，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，超聲波的頻率越高，其聲場(chǎng)指向性就愈好。9:17AM25縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波，它能在固體、液體和氣體介質(zhì)中傳播。橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波，它只能在固體介質(zhì)中傳播。表面波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于橫波與縱波之間，沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑ィ湔穹S深度增加而迅速衰減的波，表面波只在固體的表面?zhèn)鞑ァＫ{(lán)姆波：藍(lán)姆波沿著板的兩個(gè)表面及中部傳播。超聲波種類9:17AM26縱波9:17AM27橫波

9:17AM28表面波9:17AM29圖10-2超聲波的反射和折射超聲波的反射和折射9:17AM30利用超聲波物理特性和各種效應(yīng)而研制的裝置稱為超聲波換能器，或超聲波探測(cè)器、超聲波傳感器，有時(shí)也叫超聲波探頭。4.6.3超聲波傳感器原理超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，在檢測(cè)技術(shù)中壓電式最為常用。壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統(tǒng)稱為壓電式超聲波探頭。它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來(lái)工作的,逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而正壓電效應(yīng)是將超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，可作為接收探頭；由于其結(jié)構(gòu)不同，分為直探頭式、斜探頭式和雙探頭式。9:17AM31壓電式超聲波發(fā)生器就是利用壓電晶體的電致伸縮現(xiàn)象制成的。常用的壓電材料為石英晶體、壓電陶瓷鋯鈦酸鉛等。在壓電材料切片上施加交變電壓，使它產(chǎn)生電致伸縮振動(dòng)，而產(chǎn)生超聲波，如圖所示。

1.超聲波的發(fā)生

式中，n=1，2，3，…是諧波的級(jí)數(shù)；c為波在壓電材料里的傳播速度(縱波)；

式中，E為楊氏模量；為壓電材料的密度。

壓電材料的固有頻率與晶體片厚度d有關(guān)，即因此，壓電材料的固有頻率為根據(jù)共振原理，當(dāng)外加交變電壓頻率等于晶片的固有頻率時(shí)，產(chǎn)生共振，這時(shí)產(chǎn)生的超聲波最強(qiáng)。壓電式超聲波發(fā)生器可以產(chǎn)生幾十kHz到幾十MHz的高頻超聲波，產(chǎn)生的聲強(qiáng)可達(dá)幾十W／cm2。9:17AM32磁致伸縮超聲波發(fā)生器磁致伸縮效應(yīng)的大小，即伸長(zhǎng)縮短的程度，不同的鐵磁物質(zhì)其情況不相同。鎳的磁致伸縮效應(yīng)最大，它在一切磁場(chǎng)中都是縮短的。如果先加一定的直流磁場(chǎng)，再加以交流電時(shí)，它可工作在特性最好的區(qū)域。磁致伸縮超聲波發(fā)生器把鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中，使它產(chǎn)生機(jī)械尺寸的交替變化，即機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。磁致伸縮超聲波發(fā)生器是用厚度為0.1～0.4mm的鎳片疊加而成的，片間絕緣以減少渦流電流損失。其結(jié)構(gòu)形狀有矩形、窗形等，如圖所示。磁致伸縮超聲波發(fā)生器磁致伸縮超聲波發(fā)生器只能用在幾萬(wàn)Hz的頻率范圍以內(nèi)，但功率可達(dá)十萬(wàn)W，聲強(qiáng)可達(dá)幾千W／cm2，能耐較高的溫度。9:17AM332.超聲波的接收在超聲波技術(shù)中，除了需要能產(chǎn)生一定的頻率和強(qiáng)度的超聲波發(fā)生器以外，還需要能接收超聲波的接收器。一般的超聲波接收器是利用超聲波發(fā)生器的逆效應(yīng)而進(jìn)行工作的。當(dāng)超聲波作用到壓電晶體片上時(shí)，使晶片伸縮，則在晶片的兩個(gè)界面上產(chǎn)生交變電荷。這種電荷先被轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)過(guò)放大后送到測(cè)量電路，最后記錄或顯示出結(jié)果。它的結(jié)構(gòu)和超聲波發(fā)生器基本相同，有時(shí)就用同一個(gè)超聲波發(fā)生器兼做超聲波接收器。磁致伸縮超聲波接收器是利用磁致伸縮的逆效應(yīng)而制成的。當(dāng)超聲波作用到磁致伸縮材料上時(shí)，使磁致材料伸縮，引起它的內(nèi)部磁場(chǎng)(即導(dǎo)磁特性)的變化。根據(jù)電磁感應(yīng)，磁致伸縮材料上所繞的線圈獲得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并將此電動(dòng)勢(shì)送到測(cè)量電路及記錄顯示設(shè)備。它的結(jié)構(gòu)也與發(fā)生器差不多。9:17AM34超聲波傳感器對(duì)9:17AM35

超聲波探頭：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、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專用探頭等。9:17AM36各種超聲波探頭常用頻率范圍：0.5~10MHz，常見(jiàn)晶片直徑：5~30mm接觸式直探頭（縱波垂直入射到被檢介質(zhì)）

外殼用金屬制作，保護(hù)膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止壓電晶片磨損。保護(hù)膜接插件9:17AM37接觸式斜探頭（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30、45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，而傳播到較遠(yuǎn)處去。底部耐磨材料接插件9:17AM38各種接觸式斜探頭常用頻率范圍：1~5MHz9:17AM39接觸法雙晶直探頭

將兩個(gè)單晶探頭組合裝配在同一殼體內(nèi)，其中一片發(fā)射超聲波，另一片接收超聲波。兩晶片之間用一片吸聲性能強(qiáng)、絕緣性能好的薄片加以隔離。雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜些，但檢測(cè)精度比單晶直探頭高，且超聲信號(hào)的反射和接收的控制電路較單晶直探頭簡(jiǎn)單。發(fā)射晶片接收晶片9:17AM40各種雙晶直探頭

焦距范圍：5~40mm,頻率范圍：2.5~5MHz，鋼中折射角：45

~70

9:17AM41接觸法雙晶斜探頭（續(xù)）9:17AM42

水浸探頭

（可用自來(lái)水作為耦合劑）

選擇聲透鏡形狀，可決定聚焦形式為點(diǎn)聚焦或線聚焦。9:17AM43超聲波探頭中的壓電陶瓷芯片

將數(shù)百伏的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應(yīng)，使晶片發(fā)射出持續(xù)時(shí)間很短的超聲振動(dòng)波。當(dāng)超聲波經(jīng)被測(cè)物反射回到壓電晶片時(shí)，利用壓電效應(yīng)，將機(jī)械振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。9:17AM44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。9:17AM45

超聲波的應(yīng)用有兩種基本類型：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。透射型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、接近開關(guān)等。超聲發(fā)射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關(guān)、測(cè)距、測(cè)液位或物位、金屬探傷以及測(cè)厚等。

4.6.4超聲波傳感器應(yīng)用9:17AM46超聲波傳感器應(yīng)用舉例

9:17AM47超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM48超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）質(zhì)量檢查緊固件的安裝錯(cuò)誤檢測(cè)9:17AM49疊放高度測(cè)量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM50超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）物件放置錯(cuò)誤檢測(cè)9:17AM51超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）透明塑料張力控制9:17AM52機(jī)械手定位超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM53紙卷直徑檢測(cè)超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM54平整度測(cè)量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM55超長(zhǎng)距離檢測(cè)超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM56流水線計(jì)數(shù)超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）9:17AM57對(duì)高頻超聲波，由于它的波長(zhǎng)短，不易產(chǎn)生繞射，碰到雜質(zhì)或分界面就會(huì)有明顯的反射，而且方向性好，能成為射線而定向傳播；在液體、固體中衰減小，穿透本領(lǐng)大。這些特性使得超聲波成為無(wú)損探傷方面的重要工具。案例1.超聲波探傷(1)穿透法探傷穿透法探傷是根據(jù)超聲波穿透工件后的能量變化狀況，來(lái)判別工件內(nèi)部質(zhì)量的方法。穿透法用兩個(gè)探頭，置于工件相對(duì)面，一個(gè)發(fā)射超聲波，一個(gè)接收超聲波。發(fā)射波可以是連續(xù)波，也可以是脈沖。在探測(cè)中，當(dāng)工件內(nèi)無(wú)缺陷時(shí)，接收能量大，儀表指示值大；當(dāng)工件內(nèi)有缺陷時(shí)，因部分能量被反射，接收能量小，儀表指示值小。根據(jù)這個(gè)變化，就可以把工件內(nèi)部缺陷檢測(cè)出來(lái)。穿透法探傷示意圖9:17AM58(2)反射法探傷反射法探傷是以超聲波在工件中反射情況的不同，來(lái)探測(cè)缺陷的方法。下面以縱波一次脈沖反射為例，說(shuō)明檢測(cè)原理。反射法探傷示意圖高頻脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖(發(fā)射波)加在探頭上，激勵(lì)壓電晶體振蕩，使之產(chǎn)生超聲波。超聲波以一定的速度向工件內(nèi)部傳播。一部分超聲波遇到缺陷F時(shí)反射回來(lái)；另一部分超聲波繼續(xù)傳至工件底面B，也反射回來(lái)。由缺陷及底面反射回來(lái)的超聲波被探頭接收時(shí)，又變?yōu)殡娒}沖。發(fā)射波T、缺陷波F及底波B經(jīng)放大后，在顯示器熒光屏上顯示出來(lái)。熒光屏上的水平亮線為掃描線(時(shí)間基準(zhǔn))，其長(zhǎng)度與時(shí)間成正比。由發(fā)射波、缺陷波及底波在掃描線的位置，可求出缺陷的位置。由缺陷波的幅度，可判斷缺陷大??；由缺陷波的形狀，可分析缺陷的性質(zhì)。當(dāng)缺陷面積大于聲束截面時(shí)，聲波全部由缺陷處反射回來(lái)，熒光屏上只有T、F波，沒(méi)有B波。當(dāng)工件無(wú)缺陷時(shí)，熒光屏上只有T、B波，沒(méi)有F波。9:17AM59超聲波探傷tA9:17AM60無(wú)損探傷

材料的缺陷人們?cè)谑褂酶鞣N材料（尤其是金屬材料）的長(zhǎng)期實(shí)踐中，觀察到大量的斷裂現(xiàn)象，它曾給人類帶來(lái)許多災(zāi)難事故，涉及艦船、飛機(jī)、軸類、壓力容器、宇航器、核設(shè)備等。

路軌斷裂事故9:17AM61無(wú)損探傷的方法

對(duì)缺陷的檢測(cè)手段有破壞性試驗(yàn)和無(wú)損探傷。由于無(wú)損探傷以不損壞被檢驗(yàn)對(duì)象為前提，所以得到廣泛應(yīng)用。無(wú)損檢測(cè)的方法有磁粉檢測(cè)法、電渦流法、熒光染色滲透法、放射線（x光、中子）照相檢測(cè)法、超聲波探傷法、霍爾元件探傷法等。

9:17AM62磁粉檢測(cè)法磁懸液磁粉檢測(cè)儀

將磁懸液噴灑在工件表面，將磁粉檢測(cè)頭夾持在被測(cè)工件上，通以數(shù)百安培的電流，工件中將產(chǎn)生磁場(chǎng)，工件表面的裂紋可因磁粉的不均勻分布而顯示出來(lái)。9:17AM63X光探傷

將x光發(fā)生器對(duì)準(zhǔn)被測(cè)位置，將感光片貼在物體背面，人離開后通上高壓電，再將感光片沖洗出影像，即可觀察到缺陷。9:17AM64

計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(CT)是一種重要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)(NDT)，是物理學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)物。它是基于射線與物質(zhì)的相互作用原理，通過(guò)投影重建方法獲取被檢測(cè)物體的數(shù)字圖像，全面解決了傳統(tǒng)x射線攝影裝置的影像重疊、密度分辨率低等缺點(diǎn)。（參考中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所資料）計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(CT)探傷9:17AM65CT探傷成像（參考中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所資料）9:17AM66超聲波探傷

超聲波探傷是目前應(yīng)用十分廣泛的無(wú)損探傷手段。它既可檢測(cè)材料表面的缺陷，又可檢測(cè)內(nèi)部幾米深的缺陷，這是x光探傷所達(dá)不到的深度。A型超聲探傷反射波形裂紋9:17AM67A型超聲波探傷起始波缺陷反射波底波工件缺陷9:17AM68鋼軌探傷車滑板式探頭

9:17AM69高速鋼軌探傷車鐵路鋼軌探測(cè)用的滾軸式探頭（也稱做輪式探頭）9:17AM70鐵路鋼軌探頭

鐵路鋼軌對(duì)接焊縫探測(cè)用探頭缺陷鐵路鋼軌探傷用滑板式探頭焊縫9:17AM71

管道環(huán)焊縫超聲波檢測(cè)裝置

管道環(huán)焊縫超聲波檢測(cè)裝置原理9:17AM72超聲探傷儀9:17AM73構(gòu)件的超聲探傷9:17AM74構(gòu)件的超聲探傷（續(xù)）9:17AM75構(gòu)件的超聲探傷9:17AM76案例2.超聲波測(cè)液位超聲波測(cè)液位示意圖超聲波測(cè)液位是利用回聲原理進(jìn)行工作的，如圖所示。當(dāng)超聲波探頭向液面發(fā)射短促的超聲脈沖，經(jīng)過(guò)時(shí)間t后，探頭接收到從液面反射回來(lái)的回音脈沖。因此探頭到液面的距離L可由下式求出超聲波速度c在各種不同的液體中是不同的；即使在同一種液體中，由于溫度和壓力的不同，其值也是不同的。因?yàn)橐后w中有其他成分的存在及溫度的不均勻都會(huì)使超聲波速度發(fā)生變化，引起測(cè)量的誤差，故在精密測(cè)量時(shí)，要考慮采取補(bǔ)償措施。利用這種方法也可以測(cè)量料位。式中，c為超聲波在被測(cè)介質(zhì)中的傳播速度；t為超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波到接收到超聲波的時(shí)間差。由此可見(jiàn)，只要知道超聲波的速度，通過(guò)精確測(cè)量時(shí)間t的方法，就可以測(cè)量出距離L。9:17AM77超聲波測(cè)量液位和物位原理

在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時(shí)間，就可測(cè)得液體的液面。9:17AM78超聲波測(cè)量液位和物位

喇叭形超聲發(fā)生器9:17AM79在超聲波測(cè)厚技術(shù)中，應(yīng)用較為廣泛的是脈沖回波法，原理：主要是測(cè)量超聲波脈沖通過(guò)工件所需的時(shí)間間隔，然后根據(jù)超聲波脈沖在工件中傳播的速度求出工件的厚度。主控制器產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)，并控制發(fā)射電路把它經(jīng)電流放大后接到超聲波發(fā)生器上去。超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲脈沖進(jìn)入工件后，被底面反射回來(lái)，并由同一個(gè)超聲波發(fā)生器接收。接收到的脈沖信號(hào)經(jīng)放大器加至示波器垂直偏轉(zhuǎn)板上。標(biāo)記發(fā)生器輸出一定時(shí)間間隔的標(biāo)記脈沖信號(hào)，也加到示波器的垂直偏轉(zhuǎn)板上。掃描電壓加到示波器的水平偏轉(zhuǎn)板上。這樣，在示波器熒光屏上可以直接觀察到發(fā)射脈沖和接收脈沖信號(hào)。接收間的時(shí)間間隔t，試件的厚度d可用下式求出案例3.超聲波測(cè)厚度標(biāo)記信號(hào)一般可以調(diào)節(jié)，根據(jù)測(cè)量的要求選擇。如果預(yù)先用標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行校正，可以根據(jù)熒光屏上發(fā)射與接收兩個(gè)脈沖間的標(biāo)記信號(hào)直接讀出被測(cè)工件的厚度。超聲波測(cè)厚度示意圖9:17AM80手持式超聲波測(cè)厚儀9:17AM81超聲波測(cè)厚石料測(cè)厚9:17AM82超聲波手持式測(cè)厚混凝土測(cè)厚木材測(cè)厚小提琴木料測(cè)厚9:17AM83雙晶超聲波測(cè)厚探頭9:17AM84雙晶超聲波測(cè)厚探頭（續(xù)）9:17AM85案例4.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沖所需的時(shí)間t，再乘以空氣的聲速（340m/s），就是超聲脈沖在被測(cè)距離所經(jīng)歷的路程，除以2就得到距離。9:17AM86案例5.超聲波測(cè)流量超聲波流量傳感器的測(cè)定原理是多樣的,如傳播速度變化法、波速移動(dòng)法、多卜勒效應(yīng)法、流動(dòng)聽(tīng)聲法等。但目前應(yīng)用較廣的主要是超聲波傳輸時(shí)間差法。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)射和接收探頭（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1的超聲波是順流傳播的，而F2，T2的超聲波是逆流傳播的。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^上超聲波傳播的時(shí)間差t，可得到流體的平均速度及流量。F1發(fā)射的超聲波先到達(dá)

T19:17AM87F1發(fā)射的超聲波到達(dá)F2的時(shí)間較短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F1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)管壁被F2接收，此信號(hào)經(jīng)放大后再次觸發(fā)F1的驅(qū)動(dòng)電路，使F1發(fā)射第二個(gè)聲脈沖。緊接著，由F2發(fā)射超聲脈沖，而F1作接收器，可以測(cè)得F1的脈沖重復(fù)頻率為f1。同理可以測(cè)得F2的脈沖重復(fù)頻率為f2。順流發(fā)射頻率f1與逆流發(fā)射頻率f2的頻率差

f與被測(cè)流速v成正比。F2F19:17AM88

發(fā)射、接收探頭也可以安裝在管道的同一側(cè)9:17AM89超聲波換能器在管道上的配置方式9:17AM90同側(cè)式超聲波流量計(jì)的使用

（參考北京菲波儀表有限公司資料）9:17AM91超聲波流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用超聲波流量傳感器具有不阻礙流體流動(dòng)的特點(diǎn),可測(cè)流體種類很多,不論是非導(dǎo)電的流體、高粘度的流體、漿狀流體,只要能傳輸超聲波的流體都可以進(jìn)行測(cè)量。超聲波流量計(jì)可用來(lái)對(duì)自來(lái)水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等進(jìn)行測(cè)量。還可用于下水道、農(nóng)業(yè)灌溉、河流等流速的測(cè)量。9:17AM92圖4-105超聲波流量測(cè)量原理a）發(fā)射器與接收器的安裝位置 b）電路組成框圖

9:17AM93案例6.超聲波多普勒測(cè)量車速9:17A