傳感器與檢測技術(shù)第九章

第9章新型傳感器2023/5/209.1光纖傳感器及其應(yīng)用19.2超聲波傳感器及其應(yīng)用2目錄2023/5/20知識目標(biāo)：（1）了解光纖傳感器和超聲波傳感器的概念。

（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)。（3）熟悉兩種新型傳感器在工程上的應(yīng)用。教學(xué)目標(biāo)技能目標(biāo)：（1）能夠使用常用儀器檢查兩種傳感器性能，判別其好壞。（2）能夠運(yùn)用所學(xué)知識設(shè)計(jì)制作基本檢測單元模塊電路。（3）能夠?qū)χ谱鞯哪K電路進(jìn)行簡單的測試。2023/5/20情感目標(biāo)：（1）養(yǎng)成良好的工作責(zé)任心、堅(jiān)強(qiáng)的意志力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。（2）具有工作與學(xué)習(xí)良好的交流與團(tuán)隊(duì)合作能力。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)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。教學(xué)難點(diǎn)：超聲波的物理性質(zhì)。2023/5/209.1光纖傳感器及其應(yīng)用光纖傳感器具有靈敏度高、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)簡單、體積小、質(zhì)量輕以及耗能少等優(yōu)點(diǎn)。2023/5/20

光的全反射實(shí)驗(yàn)

2023/5/20各種裝飾性光導(dǎo)纖維

2023/5/20

發(fā)光二極管產(chǎn)生多種顏色的光線，通過光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)到東方明珠球體的表面。在計(jì)算機(jī)控制下，可產(chǎn)生動(dòng)態(tài)圖案。上海東方明珠2023/5/209.1.1光纖的基本概念（a）光纖的截面圖（b）光纖的外觀圖圖9-1光纖的結(jié)構(gòu)1—纖芯；2—包層；3—緩沖層；4—加強(qiáng)層；5—PVC護(hù)套1.光纖的結(jié)構(gòu)2023/5/20光纜的外形及光纖的拉制

2023/5/20光的反射、折射

當(dāng)一束光線以一定的入射角θ1從介質(zhì)1射到介質(zhì)2的分界面上時(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。2023/5/20

光的全反射

當(dāng)減小入射角時(shí)，進(jìn)入介質(zhì)2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)分界面上傳播。對這個(gè)極限值時(shí)的入射角，定義為臨界角θc。當(dāng)入射角小于θc時(shí)，入射光線將發(fā)生全反射。2023/5/20光在光纖中的全反射

2023/5/20光纖的類型

階躍型：光纖纖芯的折射率分布各點(diǎn)均勻一致，稱為多模光纖。2023/5/20

梯度型：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。2023/5/20單孔撓型光逼纖單孔夸型光猾纖的備纖芯昏直徑書較小阻（數(shù)屋微米仗）接施近于蹦被傳顆輸光令波的微波長雁，光巴以電鳴磁場挺“模庭”的減原理唱在纖讀芯中怖傳導(dǎo)遼，能條量損叛失很極小，壘適宜寨于遠(yuǎn)援距離形傳輸歌。20宵23章/5斜/1纖8（a）卡傳桿統(tǒng)傳諷感器9.1.2光纖傳感器的結(jié)構(gòu)原理20兵23斗/5輪/1串8（b）光澡纖傳死感器光纖桐傳感牢器的匯基本上工作欺原理衰是將脹來自影光源篩的光碑經(jīng)過殼光纖碌送入抓調(diào)制概器，厲使待富測參坊數(shù)與愛進(jìn)入例調(diào)制餐區(qū)的垃光相狹互作喝用后雕，導(dǎo)備致光須的光果學(xué)性華質(zhì)（只如光毀的強(qiáng)祝度、浴波長姑、頻路率、陳相位幼、偏紐奉正態(tài)就等）翠發(fā)生旱變化選，稱宅為被殺調(diào)制肚的信傻號光通，在衣經(jīng)過胳光纖毅送入焦光探預(yù)測器沈，經(jīng)療解調(diào)堪后，堤獲得滅被測拜參數(shù)場。20雨23齊/5夕/1負(fù)8（a）功施能型1）功衰能型雅光纖瀉傳感箱器1.根據(jù)傍光纖予在傳秀感器純中的悄作用雹進(jìn)行層分類分為歡功能仗型光雪纖傳分感器陵、非頌功能朋型光根纖傳糕感器昆和拾缺光型顛光纖軟傳感啦器9.1.3光纖傳感器的分類20臘23般/5伸/1蝕8優(yōu)點(diǎn)汪：結(jié)構(gòu)法緊湊艷、靈箭敏度腰高。缺點(diǎn)真：須用殖特殊銹光纖完，成點(diǎn)本高托，典型秩例子景：光纖立陀螺國、光因纖水偵聽器診等20錄23砌/5癢/1絕8光纖瞞水聽康器20映23侮/5啄/1糟8（b）非咬功能乓型2）非石功能棕型光拾纖傳斃感器20準(zhǔn)23飛/5侍/1頸8光纖拼傳感較器外形20見23柳/5先/1鐘83）拾鞋光型芝光纖突傳感拖器（c）拾質(zhì)光型20總23灶/5坑/1斤8光纖歐溫度墾傳感你器20亂23吼/5忽/1價(jià)82.根據(jù)炕光受綿被測犬對象趨的調(diào)晃制形到式進(jìn)遲行分伶類分為拿：強(qiáng)度頁調(diào)制選型光銹纖傳拐感器偏振屆調(diào)制爽型光拖纖傳浪感器頻率譽(yù)調(diào)制女型光侮纖傳昂感器相位粉調(diào)制鑒型光煉纖傳劈燕感器20永23骨/5軟/1機(jī)81）強(qiáng)密度調(diào)朗制型虛光纖粒傳感瘋器強(qiáng)度螺調(diào)制呈型光獲纖傳師感器胳是一羽種利架用被顆測量睜的變觸化而漂引起建敏感院元件杰參數(shù)構(gòu)的變餡化，推從而限導(dǎo)致集光強(qiáng)抄度的制變化唱來實(shí)淘現(xiàn)測療量的鵲傳感錄器。瞧這種垃光纖碼傳感虛器可頂利用幼光纖舅的微新彎損韻耗、灑振動(dòng)多膜或差者液石晶的舉反射篇光強(qiáng)浩度的捕變化崗，以耐及物怪質(zhì)的勾熒光頓輻射材或者鑄光路紗的遮拌斷等含構(gòu)成鍬壓力抖、振床動(dòng)、復(fù)溫度忌、位忘移等扶各種壩強(qiáng)度村調(diào)制莫型光土纖傳埋感器循。20墓23沒/5行/1咱82）偏喬振調(diào)零制型絕光纖州傳感攏器偏振輕調(diào)制繭型光穩(wěn)纖傳鉆感器債是一崇種利泉用光針偏振耗的變?nèi)夯瘉矸矀鬟f領(lǐng)被測女信號突的傳釋感器存。這訴種傳酷感器攝可利去用光有在磁伐場媒模介中老傳播庫的法頓拉第陡效應(yīng)怠做成歷電流殊或磁糟場傳鍬感器低，它梨可以己避免校光源蘆強(qiáng)度位的變撕化對哄其產(chǎn)筒生的鄉(xiāng)豐影響改，因繼此，威靈敏廳度較歐高。20勾23噸/5鉤/1革83）頻響率調(diào)立制型氏光纖節(jié)傳感金器頻率每調(diào)制謀型光床纖傳攜感器遷是一萌種利陣用單某色光駐照射怖到被枕測量鞏物體左上時(shí)請反射概回來綢的光股的頻鬧率發(fā)艱生變鴨化來櫻進(jìn)行蠅監(jiān)測街的傳幕感器肢。20破23樸/5竟/1毫84）相傘位調(diào)必制型屬光纖幼傳感急器相位愉調(diào)制餐型光良纖傳榴感器納是利計(jì)用被批測量節(jié)對敏牙感元?dú)v件的侵作用慶，使很敏感浴元件行的折踩射率胸或者舅傳播虧常數(shù)調(diào)發(fā)生咽變化椒，從販而導(dǎo)霧致光精的相摟位發(fā)垂生變纖化，跌通過遵檢測撕干涉塌條紋暗的變筋化量鏡來確蕩定光跳的相講位的津變化幻玉量，局從而尾得到慕被測喜量的夠信息拍。20殊23擋/5承/1找81.反射隨式光雹纖位爹移傳杠感器圖9-饞6反射蜜式光阻纖位責(zé)移傳所感器穴的工推作原姥理9.1.4光纖傳感器的應(yīng)用20蠟23循/5彩/1木820代23蛇/5航/1串820忽23壘/5往/1悅82.光纖擱壓力吹傳感砍器圖9-活7膜片皆反射葛式光愧纖壓毛力傳災(zāi)感器彼的原愧理圖1—狼Y形光下纖束考；2—?dú)て瑥R；3—膜片20刊23荷/5堵/1鉤83.光纖聾溫度匠傳感趕器圖9-要8光纖炒溫度購傳感灣器示觸意圖1—感溫禍黑色痰殼體個(gè)；2—彩色遺液晶體；3—入射孝光纖功；4—出射辰光纖20冤23墻/5殖/1疫8保護(hù)緞管內(nèi)聯(lián)為高懶溫光纖低溫光纖光纖焦溫度匠傳感鎖器20粥23匠/5敏/1告84.熱雙別金屬用式光曉纖溫?zé)o度開昨關(guān)圖9-質(zhì)9熱雙扣金屬趕式光迷纖溫錘度開息關(guān)的涂原理拔圖1—遮光置板；2—雙金則屬片20拌23顛/5錯(cuò)/1率85.球面雁光纖課液位區(qū)傳感棵器（a）不蠟接觸液液體努的工浙況版（b）浸液在液北體中軍的工崇況圖9-茂10球面暈光纖暗液位削傳感海器的挪原理堂圖1—入射艙光纖漁；2—透明肯球形婚端面鴿；3—包層基；4—出射沿光纖20勒23報(bào)/5促/1政86.斜端匪面光悠纖液殊位傳感感器（a）在譽(yù)空氣改中彼（b）在虛液體懼中圖9-芳11反射謠式斜蛙端面策光纖球液位訓(xùn)傳感揮器的域原理勺圖1、2—光纖菌；3—棱鏡20孔23壞/5泳/1桶87.單光盲纖液鐵位傳兆感器圖9-優(yōu)12單光男纖液匠位傳尿感器況的結(jié)坐構(gòu)1—光纖太；2—耦合霸器20說23盡/5筐/1圾8（a）尖殲頂磨冤平的遍探頭誓（b）尖稈頂磨看平并書粘上做突出堪物的正探頭圖9-脆13改進(jìn)序的光嫂纖液阻位探街頭20廣23鉛/5趣/1師89.2超聲波傳感器及其應(yīng)用主要催學(xué)習(xí)戶超聲促波的物理鉛特性，著青重了踢解超游聲波疏在檢毅測技四術(shù)中歌的一及些應(yīng)用，也白涉及無損英探傷的設(shè)近備及釋方法腫。20顛23捐/5終/1島89.2.1超聲波的物理性質(zhì)1.超聲價(jià)波的蓬性質(zhì)高于20疼K卷Hz的聲川波具有僻指向竄性好膛、能過量集算中、鉛穿透叫本領(lǐng)舅大等貿(mào)特點(diǎn)20隱23捷/5攪/1獨(dú)8蝙蝠矛依靠承超聲正波捕報(bào)食20拌23巡壽/5竟/1爺8超聲奮波與繁可聞嘴聲波播不同慌，它噴可以唉被聚維焦，羨具有榴能量環(huán)集中啞的特妻點(diǎn)。超聲智波霧請化器超聲稅波加葡濕器20具23清/5慌/1牲8超聲爐波塑繳料焊稈接機(jī)壓電閃陶瓷丸或磁殲致伸路縮材悼料在唇高電謙壓窄往脈沖融作用握下，覆可得共到較圈大功守率的嘉超聲聰波，隆可以豎被聚岸焦，勇能用次于集喜成電體路及眼塑料少的焊徒接。20貓23何/5臭/1惑8便攜蠻式超宋聲波蒜探魚廉器超聲祥波被范聚焦渴后，豆具有多較好虹的方佳向性妹，在裁遇到滅兩種堅(jiān)介質(zhì)怕的分釋界面睜時(shí)，姨能產(chǎn)鄰生明逃顯的寧反射刻和折評射現(xiàn)帥象，云這一盤現(xiàn)象臂類似伴于光削波。20磨23扔/5仙/1顫82.超聲達(dá)波的鳳傳播紛方式超聲倘波的淹傳播浪方式根主要膚可分奴為縱膨波、棕橫波幼、表溜面波晃等幾談種。20汽23選/5誘/1扭8縱波20昂23碑/5墻/1愛8橫波20勇23變/5祖/1森8表面描波20幻玉23鋤/5管/1匪83.聲速遲和波范長1.聲速取決致于介魂質(zhì)2.波長c=λf彈性枯系數(shù)密度聲阻興抗Z：Z=ρc20劈燕23直/5般/1偏84.超聲胖波的蝦反射觀與折果射當(dāng)超洽聲波迫從一絨種介獄質(zhì)向她另一具種介紀(jì)質(zhì)傳存播時(shí)選，如盛果兩沖者的鑒聲阻罷抗不齊同，略就會壘在其當(dāng)分界禽面上吸產(chǎn)生姿反射焦和透粘射現(xiàn)喘象，喝使一童部分霧能量坑返回炎第一口種介條質(zhì)，域另一夢部分順能量鼻穿過教分界雜面進(jìn)登入第攏二種純介質(zhì)地。當(dāng)嚼兩種抖不同砌的介婚質(zhì)聲冠阻抗雖相差記較大叔時(shí)，封便會雁產(chǎn)生誘超聲蕩波反慌射。20伴23渴/5靜/1種89.2.2超聲波傳感器的應(yīng)用雙晶之直探撲頭中達(dá)的壓與電晶災(zāi)片發(fā)化射超掉聲振盒動(dòng)脈佩沖，扒超聲殊脈沖際到達(dá)注試件臉底面岸時(shí)，燈被反慘射回鞋來，持并被怠另一汪只壓利電晶墨片所牽接收炸。只放要測棒出從傍發(fā)射尿超聲炭波脈嚴(yán)沖到阻接收生超聲呈波脈聽沖所提需的攪時(shí)間t，再纖乘以歇被測誘體的盲聲速陰常數(shù)c，就縫是超衛(wèi)聲脈源沖在滾被測蹲件中閉所經(jīng)貓歷的開來回嚴(yán)距離游，再艙除以2，就澇得到咽厚度：20哭23綠/5鳳/1側(cè)8手持憐式超震聲波杜測厚泛儀20點(diǎn)23刷/5蠟/1免8超聲拴波測毛厚儀石料琴測厚20笑23龍/5摟/1撫8超聲鑼波手膽持式萌測厚混凝葵土測樂厚木材船測厚小提將琴麗木陡料測嘗厚20乒23筒/5躬/1逝8雙晶桐超聲絹波測肅厚探轉(zhuǎn)頭20兼23慚/5自/1敗8雙晶稱超聲早波測虎厚探第頭（兄續(xù)）20團(tuán)23堅(jiān)/5海/1嗓8超聲防波清自洗機(jī)當(dāng)弱夫的聲鄭波信施號作程用于寬液體選中時(shí)稻，會佛對液祝體產(chǎn)粥生一譜定的默負(fù)壓份，即沃液體幅體積待增加屠，液傲體中餅分子標(biāo)空隙糞加大櫻，形舊成許絲式多微將小的披氣泡坊；而冬當(dāng)強(qiáng)蕉的聲新波信底號作凍用于置液體靈時(shí)，牛則會肌對液裕體產(chǎn)夾生一類定的允正壓游，即皮液體澇體積抹被壓俯縮減鏡小，燙液體減中形慘成的降微小網(wǎng)氣泡燙被壓些碎。鑰經(jīng)研訂究證本明：抱超聲沫波作診用于茅液體免中時(shí)禁，液武體中濤每個(gè)茶氣泡被的破樂裂會楚產(chǎn)生吩能量皺極大寬的沖候擊波牢，相南當(dāng)于倚瞬間做產(chǎn)生遲幾百頸度的順高溫恨和高諒達(dá)上鑰千個(gè)妻大氣姜壓的淋壓力望，這賺種現(xiàn)飼象被呆稱之毅為“強(qiáng)空化挎作用割”，設(shè)超聲雁波清嘴洗正跌是利干用液概體中醋氣泡罪破裂賞所產(chǎn)炭生的扛沖擊替波來澆達(dá)到制清洗糧和沖零刷工槍件內(nèi)提外表統(tǒng)面的辟作用屠。超案聲清植洗多亮用于硬半導(dǎo)辟體、圈機(jī)械斷、玻雀璃、倡醫(yī)療忘儀器棕等行抖業(yè)。20全23偽/5恭/1真8超聲成波清疏洗原補(bǔ)理及直清洗棟器（參閉考湖串南省嬸瀏陽閱市醫(yī)齒用儀財(cái)具廠販、下北京酷德泰扣隆科云技發(fā)以展有恢限責(zé)號任公否司資京料）超聲褲換能佩器氣泡波浪清洗方物20達(dá)23蹦/5財(cái)/1胞83.超聲掉波液指位計(jì)在液疫罐上朋方安鬼裝空晶氣傳聾導(dǎo)型巾超聲性發(fā)射姨器和百接收別器，腫根據(jù)慕超聲登波的叉往返惠時(shí)間江，就肆可測綱得液銹體的孔液面殼。20淋23縱/5須/1踢8超聲令波液掉位計(jì)款的原制理圖1—液面刑；2—直管辣；3—空氣灘超聲陜探頭費(fèi)；4—反射府小板滑；5—電子久開關(guān)20佳23罰/5寶/1音8喇叭律形超塞聲發(fā)道生器20政23小/5陳/1輔84.超聲陶防盜葛報(bào)警價(jià)器圖中扭的上罰半部定分為革