超聲波微波傳感器

超聲波微波傳感器第一頁，共十六頁，2022年，8月28日2、超聲波的傳播速度（1）氣體和液體中的聲速。由于氣體和液體中剪切模量為零，因而在氣體和液體中沒有橫波，只能傳播縱波液體的縱波聲速C為氣體的縱波聲速C為（2）、固體中的聲速。在固體中，其傳播速度分為三種情況：①縱波聲速；在固體中，當固體是細棒時，聲速為

當固體是薄板時，聲速為如果是無限介質(zhì)，則聲速為②橫波聲速；對于無限介質(zhì)的固體，其橫波聲速為③表面波聲速第二頁，共十六頁，2022年，8月28日（二）

超聲波

的物理性質(zhì)

1、超聲波的反射和折射當聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)時，在兩介質(zhì)的分界面上，一部分能量反射回原介質(zhì)，稱為反射波；另一部分能量透射過界面，在另一個介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播，稱為折射波。如圖12—14所示（1）反射定律入射角α與反射角α，的正弦之比等于入射波與反射波的速度之比（2）折射定律入射角α的正弦與折射角β的正弦之比等于介質(zhì)1中入射波的波速C1與介質(zhì)2中折射波的波速C2之比。第三頁，共十六頁，2022年，8月28日2、超聲波的衰減

在平面波的情況下，距離聲源X處的聲壓PX和聲強IX的衰減規(guī)律如下：

PX=P0e-αx

IX=I0e-2αx

3、超聲波的波型轉(zhuǎn)換

當超聲波以某一角度入矩到第二介質(zhì)（固體）界面時，除有縱波的反射波、折射波以外，還有橫波的反射和折射，如圖12—15所示。在一定條件下，還能產(chǎn)生表面波。它們符合幾何光學中的反射定律。第四頁，共十六頁，2022年，8月28日（三）超聲波傳感器超聲波傳感器是實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的裝置，又稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器分為發(fā)射換能器和接收換能器，其中發(fā)射換能器作用是把其它形式的能量轉(zhuǎn)換成超聲波的能量；接收換能器的作用是把超聲波的能量轉(zhuǎn)換成易于檢測的電能量。超聲波探頭按其結構可分為直探頭、斜探頭、雙探頭和液浸探頭。超聲波傳感器按工作原理又可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等圖12—16為壓電式探頭；圖12—17為磁致伸縮探頭。第五頁，共十六頁，2022年，8月28日（四）超聲波檢測技術的應用

2、超聲波測液位圖示12—19所示為脈沖回波式測量液位的工作原理圖。圖12—20所示為超聲波定點式液位計，1、超聲波測厚儀利用超聲波檢測厚度的方法有共振法、干涉法、脈沖回波法等。圖12—18為脈沖回波法檢測厚度的原理圖。第六頁，共十六頁，2022年，8月28日3、超聲波探傷圖12—21所示為用透射法檢測金屬材料內(nèi)部缺陷。圖12—22所示的方法對板材進行檢測，圖12—23所示為脈沖回波式探傷儀原理圖。第七頁，共十六頁，2022年，8月28日4、超聲波測溫（1）脈沖傳播時間測量法。如圖12—24所示。

（2）脈沖回嗚法如圖12—25所示。（3）相位比較測量法圖12—26為相位比較法測量原理圖。

第八頁，共十六頁，2022年，8月28日

5、聲納聲納（Sonar）是一種水聲學儀器。它的聲音發(fā)射器發(fā)出的聲波或超聲波在水中的傳播，當遇到障礙物時發(fā)生反射，經(jīng)聲音接收器接收，通過信號處理能測知障礙物的位置和距離。

6、超聲波測流量（流速）超聲波在靜止和流動的液體中的傳播速度是不同的，進而形成傳播時間和相位上的變化，由此可求得液體的流速和流量。圖12—28所示為超聲波測流體流量的工作原理圖。第九頁，共十六頁，2022年，8月28日6、超聲波測流量（流速）

有以下幾種方法：（1）時差法測流速（2）相位差法測流速（3）頻率差法測流速

7、油井超聲波成像測試超聲電視測井系統(tǒng)是利用一個旋轉(zhuǎn)的超聲探頭向井壁發(fā)射超聲脈沖，檢測回波的強弱進行調(diào)制成像。整個系統(tǒng)包括現(xiàn)場測試設備和室內(nèi)圖像處理設備兩大部分?，F(xiàn)場測試設備的原理框圖如圖12—29所示。第十頁，共十六頁，2022年，8月28日8、超聲波診斷儀（1）振幅（Amplitude）型超聲波診斷儀振幅型超聲波診斷儀即A超，其原理如圖12—30所示，（2）超聲波心動圖儀。又稱為M型超聲診斷儀或超聲波心動圖儀。如圖12—31所示，（3）B型超聲波診斷儀。B超接收兩種信號：一為超聲回波的強度信息，二是超聲探頭的位置信息。

超聲診斷描述的主要性能參數(shù)：①分辨力；②穿透深度；③工作頻率；④幀頻

第十一頁，共十六頁，2022年，8月28日五、微波傳感器

（一）微波的基礎知識微波對于波長較長的電磁波具有下列特點：（1）空間輻射裝置容易制造；（2）遇到各種障礙物易于反射；（3）繞射能力差；（4）傳輸特性良好，傳輸過程中受煙、灰塵、強光等影響小；（5）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。常用的天線有喇叭形天線、拋物面天線、介質(zhì)天線與隙縫天線等，如圖12—33所示。第十二頁，共十六頁，2022年，8月28日（二）微波傳感器

微波傳感器可分為反射式與遮斷式兩種。1、反射式傳感器；2、遮斷式傳感器

微波傳感器具有如下優(yōu)點：（1）測量具有非接觸性，可以進行活體檢測，大部分測量不需要取樣。（2）快速，靈敏度高，捕捉信息快，可以進行動態(tài)檢測和適時處理，進而實現(xiàn)自動控制。（3）能夠在高溫、高壓、有毒、放射性以及惡劣天氣等惡劣環(huán)境下檢測。（4）輸出信號不需要變換，便于與計算機接口。（5）輸出信號可以方便地調(diào)制在載波信號上進行無線發(fā)射與接收，從而實現(xiàn)遙測與遙控。微波傳感器由微波源MS、轉(zhuǎn)換器T和接收器R組成，如圖12—34所示。第十三頁，共十六頁，2022年，8月28日（三）微波傳感器的應用1、微波測厚儀圖12—35為微波測厚儀原理圖。該測厚儀利用微波在傳播過程中遇到金屬表面會被反射，且反射波的波長和速度都不變的特性進行測量。

2、微波濕度（水分）傳感器圖12—36示出了一臺測量酒精含水量的儀器方框圖，

第十四頁，共十六頁，2022年，8月28日3、微波液位計圖12—37為微波液位計示意圖。4、微波式物位計微波開關式物位計示意圖如圖12—38所示。5、微波多普勒傳感器利用多普勒效應可以探測運動物體的速度、方向與方位。第十五頁，共十六頁，2022年，8月2