第七章超声波传感器
超声波传感器测距原理
超声波传感器测距原理超声波传感器是一种常用的测距装置，它利用超声波在空气中的传播速度来测量距离。
超声波传感器主要由发射器、接收器和控制电路组成。
当发射器发出超声波脉冲时，这些超声波脉冲会在空气中传播，当遇到障碍物时会被反射回来，接收器接收到这些反射波并将其转换为电信号，控制电路再根据接收到的信号来计算出距离。
超声波传感器测距的原理主要是利用超声波在空气中的传播速度来计算出距离。
在空气中，超声波的传播速度大约为340m/s，因此可以通过测量超声波从发射到接收的时间来计算出距离。
当发射器发出超声波脉冲后，经过一段时间后接收器才能接收到反射回来的超声波，根据发射和接收的时间差，可以通过简单的计算得出距离。
超声波传感器测距的原理非常简单，但是在实际应用中需要考虑一些因素。
首先，超声波在空气中的传播速度会受到温度、湿度等环境因素的影响，因此在测距时需要对这些因素进行修正。
其次，超声波在传播过程中会受到障碍物的影响，如果遇到多个障碍物，可能会出现多次反射，这时需要对接收到的信号进行处理，以准确计算出距离。
除了以上因素外，超声波传感器测距还需要考虑到超声波的发射角度和接收角度。
发射器和接收器的位置和角度会影响到超声波的传播路径，因此需要对超声波的传播路径进行精确的控制，以确保测距的准确性。
总的来说，超声波传感器测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度来计算出距离，通过测量超声波的发射和接收时间差来实现测距。
在实际应用中，需要考虑到环境因素、障碍物的影响以及发射接收角度等因素，以确保测距的准确性和稳定性。
超声波传感器在工业自动化、机器人、车辆等领域有着广泛的应用，其测距原理的稳定性和准确性对于实际应用具有重要意义。
超声波的传感器原理
超声波的传感器原理超声波传感器是一种利用超声波来测量距离、识别物体等的传感器。
它利用声波在介质中的传播和反射的原理来实现测距或者物体检测的功能。
以下是超声波传感器的原理详解。
超声波传感器主要由发射器和接收器组成。
发射器会发出一些特定频率的超声波，这些超声波在发出后会以声速在空气或其他介质中传播。
传播的超声波会遇到障碍物或被探测物体表面反射回来。
当传播的超声波遇到物体时，部分超声波会被物体吸收，部分会被物体表面反射回来。
超声波传感器的接收器会接收到这些反射回来的超声波，并将其转化成电信号。
接收到的电信号会被处理电路进行分析，根据信号的强度和时间来计算出物体与传感器之间的距离。
计算的方法一般采用声波传播时间与声波传播速度的乘积，也就是距离等于速度乘以时间。
传感器的工作原理可以通过以下步骤来说明：1. 发射器发出一束超声波信号。
2. 超声波信号在空气或其他介质中传播。
3. 当超声波信号遇到物体时，一部分被吸收，一部分被物体表面反射。
4. 接收器接收到反射回来的超声波信号，并将其转换成电信号。
5. 处理电路分析电信号，计算物体与传感器之间的距离。
超声波传感器的原理有以下几个特点：1. 无需光线：超声波传感器不依赖于光线，可以在暗无天日的环境中工作。
这使得它在一些特殊应用场景中特别有用，比如在黑暗的房间或夜间使用。
2. 响应速度快：超声波传感器的工作原理基于声速传播的物理规律，所以在响应速度上非常快。
它可以在毫秒级别内测量到物体与传感器之间的距离。
3. 非接触：超声波传感器的发射和接收过程都是非接触的，不会对被检测物体造成任何损害，因此适用于对物体进行距离测量和物体检测。
4. 测量范围广：超声波传感器可以测量的范围较大，一般在几厘米到几米之间。
这使它适用于不同尺寸的物体测量和障碍物检测。
需要注意的是，超声波传感器的精度和测距范围受多种因素影响，比如超声波的频率、功率、接收器的灵敏度等。
在实际应用中，应根据具体需求选择合适的超声波传感器，并根据实际情况进行调试和优化。
第7章 波式传感器
v2 c v cos
超声波顺流与逆流传播的时间差为
d / sin d / sin 2dv cot t t 2 t1 2 c v cos c v cos c v 2 cos 2
c 2dv v tan t t 2 cot 2d c 2 2 则体积流量约为 QV d v dc tan t 4 8
5. 超声波在介质中的衰减
超声波在介质中传播时，由于声波的散射或漫射及吸收 等会导致能量的衰减，随传播距离的增加，声波的强度逐渐 减弱。以固体介质为例，设超声波入射介质时的强度为I0， 通过厚度为δ的介质后的强度为I，衰减系数为A。
介质中的能量衰减程度与超声波 和介质密度有很大关系。气体的密度 很小，因此衰减很快，尤其对于高频 率超声波而言，衰减更快。 因此，在空气中测量时，要采用 较低频率的超声波，一般低于数十 kHz，而在固体中则应该采用频率高 的超声波，一般应该在MHz数量级以 上。
超声波探伤
超声波探伤是 目前应用十分广泛 的无损探伤手段。 它既可检测材料表 面的缺陷，又可检 测内部几米深的缺 陷，这是x光探伤 所达不到的深度。
裂纹
A型超声探伤 反射波形
（2）横波探伤法
用斜探头进行探伤的方法称横波探伤法。超声波的一个 显著特点是：超声波波束中心线与缺陷截面积垂直时，探测 灵敏度最高。 如遇到如图7-7中所示的斜向缺陷时，用直探头虽然能 探测出缺陷的存在，但并不能真实反映缺陷的大小。如用斜 探头探测，探伤的效果良好。因此在实际应用中，应该根据 不同缺陷的性质、取向采用不同的探头进行探伤。有些工件 的缺陷性质、取向事先不能确定，为了保证探伤质量，则应 该采用不同种类的探头进行多次探测。
I I 0e
《超声波式传感器》课件
线路板和控制芯片
传感器上的线路板和控制芯片负责信号处理和数据传输。
优缺点分析
优点
非接触式，精度高，测量范围广。
缺点
受环境因素影响，检测路线受限。
应用实例
航空天领域
超声波式传感器用于飞机导航系 统和无人机避障。
工业自动化
超声波式传感器用于物体检测和 测距。
消费电子
超声波式传感器用于手势识别和 智能家居控制。
超声波式传感器
超声波式传感器是一种非接触式传感器，适用于各种应用场景。本课件将介 绍其工作原理、结构组成、优缺点分析、应用实例和发展前景。
介绍
1 什么是超声波式传感器
超声波式传感器利用超声波的发射和接收来测量距离和探测物体的位置。
2 常见的应用场景
超声波式传感器广泛应用于航空航天、工业自动化和消费电子等领域。
发展前景
1 技术不断革新
超声波式传感器的技术不断发展，性能不断提升。
2 应用领域不断拓展
超声波式传感器在医疗、安防等领域有着广泛的应用前景。
3 市场需求增长
随着智能设备的普及，对超声波式传感器的需求不断增长。
总结
1 超声波式传感器的应用前景广阔
在不同领域都有着无限的可能性。
2 发展潜力巨大
随着技术的不断进步，超声波式传感器有望 成为未来重要的技术发展领域的代表之一。
工作原理
1 超声波的发射和接收
传感器通过发射超声波脉冲并接收反射回来的信号来计算距离。
2 时间测量和距离计算
传感器测量超声波的往返时间，并根据声速计算出物体与传感器之间的距离。
结构组成
超声波传感器的主体结构
传感器主体通常由外壳、传感器元件和连接线组成。
超声波传感器工作原理
超声波传感器工作原理超声波传感器是一种常用的距离测量传感器，它利用超声波的特性来实现对目标物体的距离测量。
超声波传感器主要由发射器、接收器和控制电路组成，通过发射超声波并接收回波来实现对目标物体距离的测量。
本文将详细介绍超声波传感器的工作原理及其应用。
超声波传感器的工作原理是基于声波在空气中的传播特性。
当超声波传感器发射器发出一束超声波时，这些超声波会在空气中传播，当它们遇到目标物体时，部分超声波会被目标物体反射回来，被接收器接收到。
通过测量发射超声波到接收回波的时间间隔，再结合超声波在空气中的传播速度，就可以计算出目标物体与传感器的距离。
超声波传感器的工作原理可以用以下公式表示：距离 = （传播时间×传播速度）/ 2。
其中，传播时间是发射超声波到接收回波的时间间隔，传播速度是超声波在空气中的传播速度，除以2是因为超声波来回的距离。
超声波传感器的工作原理非常简单，但却非常实用。
它可以实现对目标物体的非接触式距禽测量，具有测量范围广、精度高、反应速度快等优点，因此被广泛应用于工业自动化、机器人、汽车驾驶辅助系统等领域。
在工业自动化领域，超声波传感器常用于物体的定位、计数、检测等工作中。
比如，在生产线上，可以利用超声波传感器来检测产品的到位情况，实现自动化生产；在仓储物流中，可以利用超声波传感器来测量货物的堆垛高度，实现智能化仓储管理。
在机器人领域，超声波传感器可以帮助机器人实现环境感知和避障功能。
通过安装多个超声波传感器，可以实现对机器人周围环境的全方位感知，避免碰撞和损坏。
在汽车驾驶辅助系统中，超声波传感器常用于倒车雷达系统中。
它可以实时监测汽车周围的障碍物，当检测到障碍物靠近时，会发出警报，提醒驾驶员注意，避免碰撞事故的发生。
总的来说，超声波传感器的工作原理简单实用，应用范围广泛。
它在工业自动化、机器人、汽车等领域都有重要的应用价值，对提高生产效率、保障人身安全都起到了重要作用。
相信随着科技的不断发展，超声波传感器的应用将会更加广泛，为人们的生活带来更多便利。
超声波传感器的基本原理
超声波传感器的基本原理
超声波传感器是一种常见的检测装置，通过发射和接收超声波来实现物体的测距、测速等功能。
其基本原理是利用超声波在空气或介质中传播的特性进行测量。
超声波传感器的工作原理主要分为发射和接收两个过程。
首先，在发射过程中，传感器会产生一定频率的超声波信号，通常是通过振荡器将电能转换为机械振动。
然后，这种机械振动会被转换为超声波能量，从而通过传感器的发射器被释放到周围的空气或介质中。
接下来是接收过程。
当发射的超声波遇到物体或界面时，会发生声波的反射、散射或透射。
传感器的接收器会接收到这些反射或回波，并将其转换为电信号。
接收器通常包含一个能够将声波能量转换为电能的压电元件。
根据超声波的传播时间和速度，可以计算出物体与传感器之间的距离。
当超声波传感器应用于测距时，它能够发送一个脉冲信号，并测量该信号被反射回来所需的时间。
根据声速和时间间隔，可以利用速度等式计算出距离。
这种测距原理在很多领域中都被广泛应用，例如智能车辆的避障、工业自动化中的物体检测等。
此外，超声波传感器还可以通过测量超声波的频率变化来实现速度测量。
当物体以不同的速度靠近或远离传感器时，反射回来的超声波频率也会有所变化。
通过测量这种频率变化，我们可以推算出物体的运动速度。
综上所述，超声波传感器的基本原理是利用超声波在空气或介质中的传播特性进行测量。
通过发射和接收超声波来实现测距、测速等功能，为很多领域的应用提供了非接触、高精度、可靠的测量方案。
传感器与检测技术-教案
传感器与检测技术-教案第一章：传感器概述1.1 教学目标了解传感器的定义、分类和作用理解传感器的基本原理和特性掌握传感器的选用和安装方法1.2 教学内容传感器的定义和分类传感器的基本原理和特性传感器的选用和安装方法1.3 教学方法讲授传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解传感器的工作原理和特性动手实验，演示传感器的选用和安装方法1.4 教学评估课堂问答，检查学生对传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对传感器选用和安装方法的掌握程度第二章：温度传感器2.1 教学目标了解温度传感器的定义、分类和作用理解温度传感器的基本原理和特性掌握温度传感器的选用和安装方法2.2 教学内容温度传感器的定义和分类温度传感器的基本原理和特性温度传感器的选用和安装方法2.3 教学方法讲授温度传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解温度传感器的工作原理和特性动手实验，演示温度传感器的选用和安装方法2.4 教学评估课堂问答，检查学生对温度传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对温度传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对温度传感器选用和安装方法的掌握程度第三章：压力传感器3.1 教学目标了解压力传感器的定义、分类和作用理解压力传感器的基本原理和特性掌握压力传感器的选用和安装方法3.2 教学内容压力传感器的定义和分类压力传感器的基本原理和特性压力传感器的选用和安装方法3.3 教学方法讲授压力传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解压力传感器的工作原理和特性动手实验，演示压力传感器的选用和安装方法3.4 教学评估课堂问答，检查学生对压力传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对压力传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对压力传感器选用和安装方法的掌握程度第四章：流量传感器4.1 教学目标了解流量传感器的定义、分类和作用理解流量传感器的基本原理和特性掌握流量传感器的选用和安装方法4.2 教学内容流量传感器的定义和分类流量传感器的基本原理和特性流量传感器的选用和安装方法4.3 教学方法讲授流量传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解流量传感器的工作原理和特性动手实验，演示流量传感器的选用和安装方法4.4 教学评估课堂问答，检查学生对流量传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对流量传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对流量传感器选用和安装方法的掌握程度第五章：位移传感器5.1 教学目标了解位移传感器的定义、分类和作用理解位移传感器的基本原理和特性掌握位移传感器的选用和安装方法5.2 教学内容位移传感器的定义和分类位移传感器的基本原理和特性位移传感器的选用和安装方法5.3 教学方法讲授位移传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解位移传感器的工作原理和特性动手实验，演示位移传感器的选用和安装方法5.4 教学评估课堂问答，检查学生对位移传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对位移传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对位移传感器选用和安装方法的掌握程度第六章：光学传感器6.1 教学目标了解光学传感器的定义、分类和作用理解光学传感器的基本原理和特性掌握光学传感器的选用和安装方法6.2 教学内容光学传感器的定义和分类光学传感器的基本原理和特性光学传感器的选用和安装方法6.3 教学方法讲授光学传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解光学传感器的工作原理和特性动手实验，演示光学传感器的选用和安装方法6.4 教学评估课堂问答，检查学生对光学传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对光学传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对光学传感器选用和安装方法的掌握程度第七章：超声波传感器7.1 教学目标了解超声波传感器的定义、分类和作用理解超声波传感器的基本原理和特性掌握超声波传感器的选用和安装方法7.2 教学内容超声波传感器的定义和分类超声波传感器的基本原理和特性超声波传感器的选用和安装方法7.3 教学方法讲授超声波传感器的基本概念和分类分析实际案例，讲解超声波传感器的工作原理和特性动手实验，演示超声波传感器的选用和安装方法7.4 教学评估课堂问答，检查学生对超声波传感器定义和分类的理解分析案例，评估学生对超声波传感器工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对超声波传感器选用和安装方法的掌握程度第八章：无线传感器网络8.1 教学目标了解无线传感器网络的定义、分类和作用理解无线传感器网络的基本原理和特性掌握无线传感器网络的选用和安装方法8.2 教学内容无线传感器网络的定义和分类无线传感器网络的基本原理和特性无线传感器网络的选用和安装方法8.3 教学方法讲授无线传感器网络的基本概念和分类分析实际案例，讲解无线传感器网络的工作原理和特性动手实验，演示无线传感器网络的选用和安装方法8.4 教学评估课堂问答，检查学生对无线传感器网络定义和分类的理解分析案例，评估学生对无线传感器网络工作原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对无线传感器网络选用和安装方法的掌握程度第九章：传感器信号处理与分析9.1 教学目标了解传感器信号处理与分析的基本概念、方法和作用理解传感器信号处理与分析的基本原理和特性掌握传感器信号处理与分析的方法和技巧9.2 教学内容传感器信号处理与分析的基本概念和方法传感器信号处理与分析的基本原理和特性传感器信号处理与分析的方法和技巧9.3 教学方法讲授传感器信号处理与分析的基本概念和方法分析实际案例，讲解传感器信号处理与分析的基本原理和特性动手实验，演示传感器信号处理与分析的方法和技巧9.4 教学评估课堂问答，检查学生对传感器信号处理与分析的基本概念和方法的理解分析案例，评估学生对传感器信号处理与分析的基本原理和特性的掌握程度实验报告，评估学生对传感器信号处理与分析的方法和技巧的掌握程度第十章：传感器在工程应用中的案例分析10.1 教学目标了解传感器在工程应用中的重要性理解传感器在不同工程领域的应用案例掌握传感器在工程应用中的选型和应用方法10.2 教学内容传感器在工程应用中的重要性传感器在不同工程领域的应用案例传感器在工程应用中的选型和应用方法10.3 教学方法讲授传感器在工程应用中的重要性分析实际案例，讲解传感器在不同工程领域的应用动手实验，演示传感器在工程应用中的选型和应用方法10.4 教学评估课堂问答，检查学生对传感器在工程应用中的重要性的理解分析案例，评估学生对传感器在不同工程领域应用的掌握程度实验报告，评估学生对传感器在工程应用中的选型和应用方法的掌握程度重点和难点解析1. 传感器的基本概念和分类：重点关注传感器定义和分类的理解，以及传感器的功能和作用。
超声波传感器原理
超声波传感器原理
超声波传感器是一种由应用发射声波探测特殊物体的传感器，通常是一种电性复合设备，可以把二维超声波信号转换为电性或者数字信号。
它可以检测诸如距离和物件形状等信息，广泛应用于工业、汽车和消费类产品中。
超声波传感器的原理基于超声波在空气中的散射原理，用简单来说就是回声定位原理，它以准确的衰减距离-时间延迟定位任何物体。
首先，超声波传感器发射一脉冲超声，然后把接收到的超声回声转换为电脉冲，再根据超声波脉冲反射的时间差来确定距离，这就是超声波检测原理。
超声波传感器的特点是可以检测固体、液体和气体，而且它还能测量变化非常小的物件，可以检测空气中的悬浮微细颗粒，因此在空气质量检测中非常有用，同时也可以检测温度、颜色和湿度等物理参数。
此外，由于超声波的性质，它的准确度可以达到毫米级，适用于各种安防系统。
超声波传感器正在被广泛应用于多个行业，比如机器人系统的激光测距、有害气体的检测等。
此外，超声波技术还被用于汽车自动驾驶系统中，帮助实现汽车与行人、道路交通信号灯障碍物之间的距离测量。
总之，超声波传感器是一种重要的传感器，它广泛应用于各种行业，并在不断提高它的精确度和新的功能上取得较大的进步。
它的安装、调试方便且成本低廉，将在工业、汽车和消费类型产品中发挥更大的作用。
超声波的传感器原理
超声波的传感器原理超声波是一种高频声波，具有在空气中传播迅速、穿透性强等特点，因此被广泛应用于传感技术中。
超声波传感器是一种通过测量声波在空气中传播时间来实现测量距离、检测物体存在等功能的设备。
本文将介绍超声波传感器的原理及其应用。
一、原理概述超声波传感器主要由发射器、接收器和控制电路组成。
发射器通过准确控制电压信号，将电能转化为超声波能量，向空气中发射超声波。
超声波经过空气传播后，遇到目标物体时，一部分声波被目标物体吸收，另一部分被目标物体反射回来。
接收器感知到反射回来的声波，将其转化为电能信号传回控制电路。
二、发射器发射器是超声波传感器中的重要组成部分。
它通常由压电晶体材料构成，当施加电压时，压电晶体会发生形变，产生机械振动。
随着振动的传播，超声波形成并向外传播。
发射器的产生的超声波频率通常在20kHz到200kHz之间，具体频率根据传感器的应用需求而定。
三、接收器接收器接收到从目标物体反射回来的声波，并将其转化为电信号。
接收器通常由压电晶体材料构成，与发射器相似。
当接收到声波时，压电晶体会发生形变，产生电能信号。
接收器将电信号传回控制电路进行处理。
四、控制电路控制电路是超声波传感器的核心部分，用于控制发射器和接收器的工作以及处理接收到的电信号。
控制电路中包含脉冲发生器，用于控制超声波的发射频率和发射的脉冲宽度。
同时，控制电路还包括计时电路，用于测量超声波的传播时间以及计算距离。
五、工作原理超声波传感器的工作原理基于声波在空气中传播的速度恒定。
当超声波发射器发出声波后，它会在空气中以恒定速度传播，遇到目标物体后部分声波会被吸收，而另一部分声波会被目标物体反射回来。
接收器接收到反射回来的声波后，控制电路会记录下发射到接收的时间间隔，并通过时间间隔与声波在空气中传播的速度计算出目标物体与传感器的距离。
通常情况下，声波在空气中的传播速度约为343米/秒，根据测得的时间间隔可以通过简单的数学计算得出距离。
自动检测技术(化工版)教案：第七章 超声波传感器
自动检测技术(化工版）教案：第七章超声波传感器➢教学要求1．了解声波的分类和传播方式。
2．了解声波的速度、波长和指向性。
熟悉压电材料的分类及特性。
3．了解声波的反射与折射。
4．熟悉超声波换能器的分类。
5．掌握超声波传感器的应用。
➢教学手段多媒体课件➢教学课时3学时➢教学内容:第一节超声波物理基础一、声波的分类（了解）讨论声波的本质：是一种机械波。
分类：频率在20Hz~20kHz的范围内时，可为人耳所感觉，称为可闻声波。
低于20Hz的机械振动人耳不可闻，称为次声波。
频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。
二、声波的传播方式（复习中学内容，了解）超声波的传播波型主要可分为纵波、横波、表面波等几种。
三、声速、波长与指向性（了解其实际应用价值）1. 声速声波的传播速度：取决于介质的弹性系数、介质的密度以及声阻抗。
介质的声阻抗Z等于介质的密度ρ和声速c的乘积，了解计算公式的实际意义：Z = ρ c（7-1）表7-1常用材料的密度、声阻抗与声速（环境温度为0︒C）2.波长超声波的波长λ与频率f的乘积恒等于声速c，即λ f = c (7-2) (了解计算公式在超声探伤中的实际意义)3.指向性超声波声源发出的超声波束以一定的角度逐渐向外扩散指向角θ与超声源的直径D、以及波长λ之间的关系为sinθ=1.22λ/D (7-3) (了解计算公式在超声探伤中的实际意义)四、倾斜入射时的反射与折射（了解）当超声波以一定的入射角从一种介质传播到另一种介质的分界面上时，一部分能量反射回原介质，称为反射波；另一部分能量则透过分界面，在另一介质内继续传播，称为折射波或透射波(了解计算公式在超声探伤中的实际意义)五、垂直入射时的反射与透射（了解）由理论和实验得知：(了解计算公式在超声探伤中的实际意义)1）当介质1与介质2的声阻抗相等或十分接近时，r =0，d=1，即不产生反射波，可以视为全透射。
2）当超声波从密度小的的介质（例如水）射向密度大的介质（例如钢）时，反射率r 和透射率d均较大。
超声波传感器(传感技术课件)
脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除以2，就得到厚度 ：
1
=
2
超声波测厚石料测厚
某超声波测厚仪指标
显示方法∶128*32 LCD
点阵液晶显示（带背光）
显示位数：四位
测量范围：0.8~200mm
示值精度：0.1mm
声速范围：1000 ~ 9999m/s
测量周期：2次/秒
自动关机时间：90秒
超声波的指向性为超声波能量集中在一定区域并向一个方向辐射的现象。
频率越高，指向角越小，越适合检测。
超声波传感器的特性
3、超声波传感器的温度特性：
一般说温度越高，中心频率、灵敏度、输出声压电平越低。
宽范围环境温度使用时，需温度补偿。
应用：超声波物位传感器
超声波物位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制
泡或液面发生波动，便会有较大的误差。在一般使用条件下, 它的
测量误差为±0.1%, 检测物位的范围为10-2～104m。
应用：超声波测厚度
探头中的压电晶片发射超声振动脉冲，超声脉冲到达试件底面时，被
反射回来，并被另一只压电晶片所接收。只要测出从发射超声波脉冲
到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以被测体的声速常数c，就是超声
A型探伤超声探伤的计算
设：显示器的x轴为10s/div (格)，现测得B
波与T波的距离为6格，F波与T波的距离为2格。
已知纵波在钢板中的声速CL=5.9×103m /s。
求：1）t 及tF ；
2）钢板的厚度及缺陷与表面的距离xF。
解：
1）t = 10s/div×6div=0.06ms
A型探伤的结果以二维坐标图形式给出。它的横坐标为时间轴，纵坐标为
传感器与检测技术教案
传感器与检测技术教案第一章：传感器与检测技术概述1.1 教学目标让学生了解传感器与检测技术的基本概念。
让学生了解传感器与检测技术在工程应用中的重要性。
让学生了解传感器与检测技术的发展趋势。
1.2 教学内容传感器与检测技术的定义传感器与检测技术的分类传感器与检测技术在工程应用中的重要性传感器与检测技术的发展趋势1.3 教学方法采用讲授法，讲解传感器与检测技术的基本概念和分类。
采用案例分析法，分析传感器与检测技术在工程应用中的重要性。
采用讨论法，讨论传感器与检测技术的发展趋势。
1.4 教学评估进行课堂测试，了解学生对传感器与检测技术的基本概念的理解。
让学生完成课后作业，巩固对传感器与检测技术的分类的掌握。
评估学生在案例分析中的表现，了解学生对传感器与检测技术在工程应用中的重要性的理解。
第二章：电阻式传感器2.1 教学目标让学生了解电阻式传感器的基本原理。
让学生了解电阻式传感器的分类及应用。
让学生掌握电阻式传感器的使用方法。
2.2 教学内容电阻式传感器的基本原理电阻式传感器的分类及应用电阻式传感器的使用方法2.3 教学方法采用讲授法，讲解电阻式传感器的基本原理。
采用案例分析法，分析电阻式传感器的分类及应用。
采用实验法，让学生动手操作，掌握电阻式传感器的使用方法。
2.4 教学评估进行课堂测试，了解学生对电阻式传感器的基本原理的理解。
让学生完成课后作业，巩固对电阻式传感器的分类及应用的掌握。
评估学生在实验中的表现，了解学生对电阻式传感器的使用方法的掌握。
第三章：电压式传感器3.1 教学目标让学生了解电压式传感器的基本原理。
让学生了解电压式传感器的分类及应用。
让学生掌握电压式传感器的使用方法。
3.2 教学内容电压式传感器的基本原理电压式传感器的分类及应用电压式传感器的使用方法3.3 教学方法采用讲授法，讲解电压式传感器的基本原理。
采用案例分析法，分析电压式传感器的分类及应用。
采用实验法，让学生动手操作，掌握电压式传感器的使用方法。
超声波传感器
超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性，将超声波信号转换成电信号的传感器。
在讲述超声波传感器之前，我们先来了解一下超声波。
声波是一种能在气体、液体、固体中传播的机械波。
声波按频率可分为次声波、声波和超声波。
声波频率在16Hz-20kHz 之间,是能为人耳所闻的机械波；次声波就是频率低于16 Hz 的机械，而波超声波则是频率高于20kHz的机械波。
超声波的特性是频率高、波长短、绕射现象小。
它最显著的特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，穿透本领大，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，因而广泛应用于工业检测中。
超声波的传播速度：超声波通常有纵波、横波及表面波，他们的传播速度，取决于介质的弹性常数及介质密度。
气体和液体中只能传播纵波，气体中声速为344m/s，液体中声速为900-1900m/s。
在固体中，纵波、横波和表面波三者的声速成一定关系。
通常可认为横波声速为纵波声速的一半，表面波声速约为横波声速的90% 。
超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减。
能量的衰减决定于超声波的扩散、散射和吸收。
以超声波作为检测手段，能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。
超声波传感器性能指标超声波传感器的主要性能指标，包括；（1）工作频率。
工作频率就是压电晶片的共振频率。
当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
（2）工作温度。
由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不产生失效。
医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。
（3）灵敏度。
主要取决于制造晶片本身。
机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
工作原理超声波传感器按其工作原理，可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，以压电式最为常用。
※压电式超声波传感器压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。
超声波传感工作原理
超声波传感工作原理
超声波传感器工作原理是利用超声波的特性来测量与目标物体的距离。
它以发送器将电能转换为机械振动，产生超声波信号并向目标物体发射。
超声波传感器的发送器通常由压电陶瓷材料组成。
当向其施加交流电时，压电材料会产生机械振动，以声波的形式向外传播。
超声波传感器中的接收器部件通常也由压电材料构成，可以将接收到的超声波信号转换为电信号。
当发射器向目标物体发送超声波信号后，这些声波会在目标物体表面反射回传感器。
接收器接收到反射回来的声波后，会将其转换为电信号。
根据声波信号在空气中传播的速度以及返回时间，超声波传感器可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
超声波传感器通常具有高频率的工作能力，因此它们在测量短距离上非常精确。
而且，超声波传感器的工作不受目标物体颜色、形状或透明度的影响，因为声波在空气中的传播规律基本相同。
这使得超声波传感器在自动测距、障碍物检测和液位测量等应用中得到广泛应用。
超声波传感器
超声波传感器一、超声波概述声波是物体机械振动状态的传播形式。
超声波是指振动频率大于20000Hz 以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,人们将这种听不见 的声波叫做超声波。
声 波：频率在16~2×104Hz, 能为人耳所闻的机械波;次声波：低于16Hz 的机械波；微 波：频率在3×108~3×1011Hz 之间的波；超声波：高于2×104Hz 的机械波。
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。
在工业中应用主要采用纵向振荡。
①纵波：质点振动方向与波的传播方向一致的波，能在固体、液体和气体介质中传播；②横波：质点振动方向垂直于传播方向的波，只能在固体介质中传播；③表面波：质点的振动介于横波与纵波之间，沿着介质表面传播，其振幅随深度增加而迅速衰减,且只在固体的表面传播。
超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。
超声波在气体和液体中传播时，由于不存在剪切应力，因此仅有纵波的传播，其传播速度c 为：ρ(介质的密度)、Ba (绝对压缩系数)都是温度的函数使超声波在介质中的传播速度随温度的变化而变化在固体介质中，纵波、横波、表面波三者的声速分别为E — 杨氏模量； μ — 泊松比；G —剪切弹性模量。
波型和声速的关系:固体：横波声速=1/2纵波声速;表面波声速=90%横波声速;气体：纵波声速 = 344m/s ；液体：纵波声速≈ 900～1900m/s另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。
超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。
声波从一种介质传播到另一种介质, 在两个介质的分界面上一部分声波被反射, 另一部分透射过界面, 在另一种介质内部继续传播。
超声波的反射和折射12sin sin c c αβ=介质1的入射波波速介质2的折射波波速波在界面产生折射 波在界面产生反射 'sin sin 入射波波速反射波波速a a =当波在界面处产生折射时，入射角α的正弦与折射角β的正弦之比等于入射波在第一介质中的波速c1与折射波在第二介质中的波速c2之比，即当超声波垂直入射界面，即在α=β=0时，则反射系数和透射系数为若ρ2c2≈ρ1c1，则反射系数R ≈0，透射系数T ≈1，此时声波全部从第一介质透射入第二介质；若ρ2c2>>ρ1c1，反射系数R ≈1，则声波在界面上几乎全反射。
超声波传感器工作原理
超声波传感器工作原理
超声波传感器工作原理是利用超声波在空气中的传播和反射特性来测量距离。
该传感器由发射器和接收器组成。
发射器发出超声波脉冲信号，然后接收器接收到反射回来的超声波信号。
通过测量从发射到接收之间的时间间隔，可以计算出被测物体与传感器的距离。
工作过程可以分为四个主要步骤：发射、传播、反射和接收。
首先，发射器发射出一段超声波脉冲信号。
这个脉冲信号在空气中传播，以声波的形式向各个方向扩散。
然后，当超声波遇到物体时，部分能量会被物体反射回来。
接下来，接收器开始工作。
它会接收到被物体反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号。
一旦接收到反射信号，接收器会停止发射新的超声波脉冲。
最后，通过测量从发射到接收之间经过的时间间隔（也称为回波时间），可以计算出被测物体与传感器的距离。
这个计算是基于声波在空气中的传播速度。
因为声波在空气中传播速度是已知的，所以可以通过回波时间乘以声波传播速度来计算距离。
超声波传感器的精度和可靠性较高，被广泛应用于距离测量、障碍物检测和智能机器人等领域。
超声波传感器
英文名称：ultrasonic sensor定义：利用超声波检测技术，将感受的被测量转换成可用输出信号的传感器。
超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
基本介绍超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
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，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。
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，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。
超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。
小功率超声探头多作探测作用。
它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。
超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。
构成晶片的材料可以有许多种。
晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，使用前必须预先了解它的性能。
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聚焦探头原理及外形
2021/3/5
水浸聚焦探头
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超声波探头中的压电陶瓷芯片
将数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效 应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当超声波经 被测物反射回到压电晶片时，利用压电效应，将机械振动波 转换成同频率的交变电荷和电压。
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压电陶瓷的主要性能指标
1) 介电常数 ：1000~6000 2) 压电灵敏度D33 ：300~600pC/N 3) 机械品质因素Q：100~2000 4) 居里温度：300~400 C 5）静电容：1000 ~ 100000pF（与面积有关） 6）频率范围：
用于超声清洗：30~100KHz 用于探伤仪及流量计：2.5~5MHz 用于雾化器：1~2MHz
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2.可闻声波
美妙的音乐可使人陶醉。
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3.超声波
蝙蝠
能发出和 听见超声 波。
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蝙蝠依靠超声波捕食
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超声波与可闻声波不 同，它可以被聚焦，具有 能量集中的特点。
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超声波加湿器
超声波雾化器
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压电陶瓷或磁致伸缩材料在高电压窄脉冲作用下， 可得到较大功率的超声波，可以被聚焦，能用于集成 电路及塑料的焊接。
第七章超声波传感器
第七章 超声波传感器
本章主要学习超声波的物 理特性，着重了解超声波在检 测技术中的一些应用，也涉及 无损探伤的设备及方法。
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概述： 声波的分类 1.次声波
次声波是频率低于20赫兹的声波，人耳听不到， 但可与人体器官发生共振，7~8Hz的次声波会引起人 的恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。
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超声波的波型分类
超声波的传播波型主要可分为 纵波、横波、表面波等几种。
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纵 波
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横波
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表面波
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第二节 超声波换能器及耦合技术
超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原 理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主 要采用压电式。超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、 表面波探头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、高温探头、 空气传导探头以及其他专用探头等。
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耦合剂
超声探头与被测物体接触时，探头与被测物 体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界 面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大 的衰减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉， 使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中， 经常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满 在接触层中，起到传递超声波的作用。常用的耦 合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化 学浆糊等。
由于超声波的波长很短（毫米数量级），所以 它也类似光波，可以被聚焦成十分细的声束，其直 径可小到1mm左右，可以分辨试件中细小的缺陷， 这种探头称为聚焦探头。
聚焦探头采用曲面晶片来发出聚焦的超声波； 也可以采用两种不同声速的塑料来制作声透镜；也 可以利用类似光学反射镜的原理制作声凹面镜来聚 焦超声波。
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超声波清洗原理及清洗器
（参考湖南省浏阳市医用仪具厂 、北京德泰隆科技发展有限责任公司资料）
气泡
清洗物
波浪
超声换能器
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第一节 超声波物理基础
频率高于20kHz的机械振动波称为超声 波。它的指向性很好，能量集中，因此穿 透本领大，能穿透几米厚的钢板，而能量 损失不大。在遇到两种介质的分界面（例 如钢板与空气的交界面）时，能产生明显 的反射和折射现象，超声波的频率越高， 其声场指向性就愈好。
当弱的声波信号作用于液体中时，会对液体产 生一定的负压，即液体体积增加，液体中分子空隙 加大，形成许多微小的气泡；而当强的声波信号作 用于液体时，则会对液体产生一定的正压，即液体 体积被压缩减小，液体中形成的微小气泡被压碎。 经研究证明：超声波作用于液体中时，液体中每个 气泡的破裂会象被称之为“空化作用”，超声波清洗正是利 用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲 刷工件内外表面的作用。超声清洗多用于半导体、 机械、玻璃、医疗仪器等行业。
超声波塑料 焊接机
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超声波金丝 焊接机
2021/3/5
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超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在 遇到两种介质的分界面时，能产生明显的反射和 折射现象，这一现象类似于光波。
便携式超声波 探鱼器
2021/3/5
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超声波在医学检查 中的应用
2021/3/5
胎儿的 B超影像
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超声波用于高效清洗
超声脉冲电压
输入端
接地端
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接触式斜探头（横波、瑞利波或兰姆波探头）
接插件 底部耐磨材料
压电晶片粘贴在与底面成一定角度（如30、 45等）的有机玻璃斜楔块上，当斜楔块与不同材 料的被测介质（试件）接触时，超声波将产生一 定角度的折射，倾斜入射到试件中去，可产生多 次反射，而传播到较远处去。
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各种双晶直探头
焦距范围：5~40mm, 频率范围：2.5~5MHz， 钢中折射角：45 ~70
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接触法双晶斜探头（续）
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水浸探头
（可用自来水作为耦合剂）
选择声透 镜形状，可决 定聚焦形式为 点聚焦或线聚 焦。
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聚焦探头Байду номын сангаас
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各种接触式斜探头
常用频率范围：1~5MHz
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接触法双晶直探头
发射晶片 接收晶片
将两个单晶探头组合 装配在同一壳体内，其中 一片发射超声波，另一片 接收超声波。两晶片之间 用一片吸声性能强、绝缘 性能好的薄片加以隔离。 双晶探头的结构虽然复杂 些，但检测精度比单晶直 探头高，且超声信号的反 射和接收的控制电路较单 晶直探头简单。
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各种超声波探头
（以下参考常州市常超检测设备有限公司资料）
常用频率范围：0.5~10MHz， 常见晶片直径：5~30mm
接触式直探头 （纵波垂直入射 到被检介质）
保护膜
外壳用金属制 作，保护膜用硬度 很高的耐磨材料制 作，防止压电晶片 磨损。
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接插件
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接触式 直探头原理