《波式传感器》PPT课件
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屡次反射波以屡次底波反射为依据。底波反射 回探头时，一局部声波被探头接收，另一局部 又返回底部，屡次反射，直至声能全部衰减完 为止。
当试件有缺欠时，声波衰减很大，底波反射次 数减少，直至消失，由此判断有无缺欠及缺欠 的严重程度。
第二节 微波式传感器
微波是波长为1m一1mm的电磁波，具有以 下特点：①空间辐射的装置容易制造；②遇 到各种障碍物易于反射；③绕射能力较差； ④传输特性良好；⑤介质对微波的吸收与介 质的介电常数成比例，水对微波的吸收作用 最强。
一、微波的根底知识
微波式传感器的组成：微波振荡器和微波天线
二、微波传感器
测量原理：由发射天线发出的微波，遇到被测 物体时将被吸收或反射，使功率发生变化。假 设利用接收天线接收通过被测物或由被测物反 射回来的微波，并将它转换成电信号，再由测 量电路处理，就实现了微波检测。
微波传感器可分为反射式与遮断式两种。
微波接收 天线
当发射功率、波长、增益均恒定时，只要测
速。
超声波的反射和折射
4. 超声波的衰减
声波在介质中传播时, 随着传播距离的增加, 能
量逐渐衰减, 其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸
收等因素有关。
px p0ex
〔11-2〕
Ix I0e2x
〔11-3〕
Px、Ix ——距声源x处的声压和声强;
x——声波与声源间的距离;
α——衰减系数
10.2
对于单换能器〔复合换能器〕来说, 超声波从 发射到液面,
t 2h v
h vt 2
对于双换能器〔一对〕来说, 超声波从发射到被 接收经过的路程为2s, 而
vst= 2
h = 〔s2-a2〕1/2
2、
超声波传输时间差法测流量。
超声波在流体中传输时, 在静止流体和流动流体中的传输 速度是不同的, 利用这一特点可以求出流体的速度, 再根据管道 流体的截面积, 便可知道流体的流量。
超声波频率与厚度的关系：
f 1 E11
2
E
11
——晶片沿x轴的弹性模 量
——晶片密度
超声波频率f与其厚度δ成反比。
超声波探头构造
2、 超声波液〔物〕
从探头发出超声波脉冲通过介质到达液面，经 过反射后又被探头接收。测量发射与接收超声波脉 冲的时间间隔和声波在介质中传播速度，可求出探 头与液面之间的距离。实现液位〔物位〕的测量。 根据发射和接收换能器的功能, 传感器又可分为单换 能器和双换能器。
2、波型转换
〔固体〕的界 面上时, 除有纵波的反射、 折射外, 还发生横波的反 射和折射, 在某种情况下, 还能产生外表波。
3.
在两界面处，声波的传输与光传输类似，符合反射定 律和折射定律。
反射定律:入射波与反射波的波形一样，波速相等时：
'
折射定律：
sin c1 sin c2
C1与C2为声波在第一介质和第二介质中传播声
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一、 超声波的波形及其物理性质
1、超声波波型及其转换
Δt=t2－t1=c
2Lv 2 v
2
流体的流速为
v = c2 t 2L
〔C>>V〕
实际应用中, 超声波传感器安装在管道的外部, 从管 道的外面透过管壁发射和接收超声波不会给管路内 流动的流体带来影响，也有利于安装。
当探头1为发射探头，2为接收探头时，超声波传播
速度为
D
csin cos
t1
顺流传播时间t1为 t1
由于声源在介质中施力方向与波在介 质中传播方向的不同, 声波的波型也不同。 通常有:
① 纵波——质点振动方向与波的传播 方向一致的波。它能在固体、液体和气体中 传播。
② 横波——质点振动方向垂直于传播方向的波。 。
③ 外表波——质点的振动介于横波与纵波之间， 沿着外表传播的波。外表波随深度增加衰减很快。 外表波振动轨迹是椭圆型，在固体外表传播。
一、超声波传感器
为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超 声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为
超声波换能器，或超声波探头。
超声波测距原理：
超声波发射探头发出的超声波脉冲在介质中传到相介面经 过反射后，再反回到接收探头。
超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷， 称为压电式超声波探头。 它是实现声、电转换 的装置。利用压电材料的压电效应来工作的: 逆 压电效应将高频电振动转换成高频机械振动, 从 而产生超声波, 可作为发射探头; 利用正压电效应, 将超声振动波转换成电信号, 可用为接收探头。
1．反射式传感器
通过检测被测物反射回来的微波功率或经过时间 间隔来表达被测物的位置、厚度等参数。
2．遮断式传感器
通过检测接收天线接收到的微波功率的大小， 来判断发射天线与接收天线间有无被测物或 被测物的位置等参数。
三、微波传感器的应用
1．微波液位计
微波发射 天线
Pr 42
PtGtGr s24d2
Dcos csin
当探头2为发射探头，1为接收探头时，超声波传播
速度为
csinDcos
t2
逆流流传播时 t 差2 为t 1 c D c so i c n D s c so i 2 n s t c 2 g D
流体的平均流速为c2t 2tg D
该方法测量精度取决于时间差的测量精度，且
C是温度的函数，高精度测量需进展温度补偿。
3、超声波探伤 脉冲反射法。 超声波发射到被测试件后，传播到有声阻抗的界 面上，产生反射。反射波显示在示波器屏幕上。
T FB
脉冲发生器 工件
接收放大器
探头 缺欠
纵波探测分一次反射波法和屡次反射波法。
一次反射波按时间顺序屏幕上显示发射波、外 表反射波和底面反射波。假设工件内部有缺欠， 对超声波有较强的吸收，底波幅度减小。
如果在流体中设置两个超声波传感器〔复合探头〕, 它们 可以发射超声波又可以接收超声波, 一个装在上游, 一个装在下 游, 其距离为L。如设顺流方向的传输时间为t1, 逆流方向的传 输时间为t2, 流体静止时的超声波传输速度为c, 流体流动速度 为v。
t1=c
L
v
t2 =L cv
超声波传播时间差为
当试件有缺欠时，声波衰减很大，底波反射次 数减少，直至消失，由此判断有无缺欠及缺欠 的严重程度。
第二节 微波式传感器
微波是波长为1m一1mm的电磁波，具有以 下特点：①空间辐射的装置容易制造；②遇 到各种障碍物易于反射；③绕射能力较差； ④传输特性良好；⑤介质对微波的吸收与介 质的介电常数成比例，水对微波的吸收作用 最强。
一、微波的根底知识
微波式传感器的组成：微波振荡器和微波天线
二、微波传感器
测量原理：由发射天线发出的微波，遇到被测 物体时将被吸收或反射，使功率发生变化。假 设利用接收天线接收通过被测物或由被测物反 射回来的微波，并将它转换成电信号，再由测 量电路处理，就实现了微波检测。
微波传感器可分为反射式与遮断式两种。
微波接收 天线
当发射功率、波长、增益均恒定时，只要测
速。
超声波的反射和折射
4. 超声波的衰减
声波在介质中传播时, 随着传播距离的增加, 能
量逐渐衰减, 其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸
收等因素有关。
px p0ex
〔11-2〕
Ix I0e2x
〔11-3〕
Px、Ix ——距声源x处的声压和声强;
x——声波与声源间的距离;
α——衰减系数
10.2
对于单换能器〔复合换能器〕来说, 超声波从 发射到液面,
t 2h v
h vt 2
对于双换能器〔一对〕来说, 超声波从发射到被 接收经过的路程为2s, 而
vst= 2
h = 〔s2-a2〕1/2
2、
超声波传输时间差法测流量。
超声波在流体中传输时, 在静止流体和流动流体中的传输 速度是不同的, 利用这一特点可以求出流体的速度, 再根据管道 流体的截面积, 便可知道流体的流量。
超声波频率与厚度的关系：
f 1 E11
2
E
11
——晶片沿x轴的弹性模 量
——晶片密度
超声波频率f与其厚度δ成反比。
超声波探头构造
2、 超声波液〔物〕
从探头发出超声波脉冲通过介质到达液面，经 过反射后又被探头接收。测量发射与接收超声波脉 冲的时间间隔和声波在介质中传播速度，可求出探 头与液面之间的距离。实现液位〔物位〕的测量。 根据发射和接收换能器的功能, 传感器又可分为单换 能器和双换能器。
2、波型转换
〔固体〕的界 面上时, 除有纵波的反射、 折射外, 还发生横波的反 射和折射, 在某种情况下, 还能产生外表波。
3.
在两界面处，声波的传输与光传输类似，符合反射定 律和折射定律。
反射定律:入射波与反射波的波形一样，波速相等时：
'
折射定律：
sin c1 sin c2
C1与C2为声波在第一介质和第二介质中传播声
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一、 超声波的波形及其物理性质
1、超声波波型及其转换
Δt=t2－t1=c
2Lv 2 v
2
流体的流速为
v = c2 t 2L
〔C>>V〕
实际应用中, 超声波传感器安装在管道的外部, 从管 道的外面透过管壁发射和接收超声波不会给管路内 流动的流体带来影响，也有利于安装。
当探头1为发射探头，2为接收探头时，超声波传播
速度为
D
csin cos
t1
顺流传播时间t1为 t1
由于声源在介质中施力方向与波在介 质中传播方向的不同, 声波的波型也不同。 通常有:
① 纵波——质点振动方向与波的传播 方向一致的波。它能在固体、液体和气体中 传播。
② 横波——质点振动方向垂直于传播方向的波。 。
③ 外表波——质点的振动介于横波与纵波之间， 沿着外表传播的波。外表波随深度增加衰减很快。 外表波振动轨迹是椭圆型，在固体外表传播。
一、超声波传感器
为了以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超 声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为
超声波换能器，或超声波探头。
超声波测距原理：
超声波发射探头发出的超声波脉冲在介质中传到相介面经 过反射后，再反回到接收探头。
超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷， 称为压电式超声波探头。 它是实现声、电转换 的装置。利用压电材料的压电效应来工作的: 逆 压电效应将高频电振动转换成高频机械振动, 从 而产生超声波, 可作为发射探头; 利用正压电效应, 将超声振动波转换成电信号, 可用为接收探头。
1．反射式传感器
通过检测被测物反射回来的微波功率或经过时间 间隔来表达被测物的位置、厚度等参数。
2．遮断式传感器
通过检测接收天线接收到的微波功率的大小， 来判断发射天线与接收天线间有无被测物或 被测物的位置等参数。
三、微波传感器的应用
1．微波液位计
微波发射 天线
Pr 42
PtGtGr s24d2
Dcos csin
当探头2为发射探头，1为接收探头时，超声波传播
速度为
csinDcos
t2
逆流流传播时 t 差2 为t 1 c D c so i c n D s c so i 2 n s t c 2 g D
流体的平均流速为c2t 2tg D
该方法测量精度取决于时间差的测量精度，且
C是温度的函数，高精度测量需进展温度补偿。
3、超声波探伤 脉冲反射法。 超声波发射到被测试件后，传播到有声阻抗的界 面上，产生反射。反射波显示在示波器屏幕上。
T FB
脉冲发生器 工件
接收放大器
探头 缺欠
纵波探测分一次反射波法和屡次反射波法。
一次反射波按时间顺序屏幕上显示发射波、外 表反射波和底面反射波。假设工件内部有缺欠， 对超声波有较强的吸收，底波幅度减小。
如果在流体中设置两个超声波传感器〔复合探头〕, 它们 可以发射超声波又可以接收超声波, 一个装在上游, 一个装在下 游, 其距离为L。如设顺流方向的传输时间为t1, 逆流方向的传 输时间为t2, 流体静止时的超声波传输速度为c, 流体流动速度 为v。
t1=c
L
v
t2 =L cv
超声波传播时间差为