检测与传感第十章优秀课件 (2)

5. 倒车雷达
6. 便携式超声波探鱼器 7. 超声波在医学检查中的应用 8. 超声波清洗原理及清洗器
10.2 超声波传感器
1. 定义
利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置。 （超声波换能器、探测器）
2. 超声波的分类
➢ 按工作原理
➢压电式
➢磁致伸缩式 ➢电磁式
➢ 按结构
分为单晶直探头、双晶直探头、斜探头、双探头、表面波探 头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、空气传导探头以及其 他专用探头等。
（3）单晶直探头
单晶是指超声波的发射和接收均是利用同一块晶片 直探头是指波垂直入射到被检介质
虽然超声波的发射和接收利用同一块晶片，但时 间上有先后之分，所以单晶直探头是处于分时工作状 态，必须用电子开关来切换这两种不同的状态。
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
工作时，传感器电路部
分将在波导丝上激励出脉
冲电流，该电流沿波导丝
传播时会在波导丝的周围
产生脉冲电流磁场。磁致
伸缩液位计测杆外配有一
浮子，此浮子可以沿测杆
随液位的变化而上下移动，
扭转波脉冲
（机械波）
液位测量精度达
在浮子内部有一组永久磁 环。
0.1mm 当脉冲电流磁场与浮子磁环产生的磁场相遇时，浮子周围的磁场发
湿敏传感器——直读式湿度计
5. 引起衰减的原因： 扩散衰减、散射衰减、吸收衰减
色敏传感器——彩色信号处理电路
第10章 超声波传感器
10.1 超声波及其物理性质
10.2 超声波传感器
1. 定义 2. 分类( 结构)
10.3 超声波传感器应用
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1. 物位传感器
2. 流量传感器 3. 超声波测厚 4. 超声波探伤
各种接触式斜探头
➢ 常用频率范围：1~5MHz
（6）聚焦探头 聚焦探头可以分辨试件中细小的缺陷，是一种很有
发展前途的新型探头。 利用类似光学反射镜的原理制作声凹面镜来聚焦超声
波。
（7）箔式探头 利用压电材料聚偏二氟乙烯（PVDF）高分子薄膜，
制作出的薄膜式探头称为箔式探头，可以获得0.2mm直 径的超细声束，用在医用CT诊断仪器上可以获得很高清 晰度的图像。
1. 声波的频率范围 2. (16~2×104 Hz ) 次声波、超声
波 2. 分类：纵波、横波、表面波 （横波声速为纵波的一半， 表面波声速为横波声速的90%）
3. 超声波反射系数R与折射系数T (超声波在两种特性阻抗差别较大的界 面时，将发生全反射 )
7. 应用
4. 超声波的衰减： 声压、声强
气敏传感器——实用酒精测试仪
接插件
各种超声波单晶直探头
➢常用频率范围：0.5~10MHz，常见晶片直径：5~30mm ➢接触式直探头（波垂直入射到被检介质）
（4）双晶直探头
由两个单晶探头组合而成，装配在同一壳体内。 其中一片晶片发射超声波，另一片晶片接收超声波。 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，使超声波的发射和接收互不干扰。
（1）压电式
压电式超声波探头常用的材料是压 电晶体和压电陶瓷，它是利用压电材料 的压电效应来工作的。
超声波探头中的压电陶瓷芯片
➢ 正压电效应是将超声振动波转换成电信号，可作为接收探头； ➢ 逆压电效应将高频电信号转换成高频机械振动，从而产生超声波， 可作为发射探头
超声波探头结构如图所示，它主要由压电晶片、 吸收块（阻尼块）、保护膜、引线等组成。
（2）磁致伸缩式
【注】主要用于液位的测量（磁致伸缩液位计 ）
磁致伸缩波导丝，作为磁致伸缩传感器中的核心部
件，其饱和磁化强度较高，力学性能好，具有应变值高、 电（磁）-----机械波转换能力强的优点，能将微小的磁 场向量变化转变为机械波，在液位测量中起着关键的作 用。理论上，可对材料居里点100℃以下范围内的液体 液位进行精确测量。
上节内容复习
第9章 半导体传感器
1.色敏传感器的定义 基于内光电效应将光信号转换为电信号的探测器件
2. 色敏与光敏的区别 光敏：检测光的强度；色敏：测量光的波长
3. 分类：可见光传感器、单色彩传感器、集成性全色彩传感器
4. 光电二极管的两幅特性图 ➢吸收系数随光波长变化曲线：紫外部分吸收系数大，穿透深度小；
与单晶直探头对比：
双晶探头的结构虽然复杂些，检测精度比单晶 直探头高，且超声波信号的反射和接收的控制电路 较单晶直探头简单。
各种双晶直探头
➢ 直径范围：5~40mm ➢ 频率范围：2.5~5MHz
（5）斜探头
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。
（8）空气传导型探头 空气传导型超声探头的发射换能器和接收换能器
一般是分开设置的，对两者的技术要求不同： ➢ 发射器的发射效率高，方向性好； ➢ 接收器需要接收效率高，抗噪性能好。
保护膜的作用：是为了避免传感器
与被测件直接接触而磨损压电晶片； 可用三氧化二铝（钢玉）、碳化硼 等硬度很高的耐磨材料制作。
阻尼块的作用：是降低晶片的机械
品质，吸收超声波的能量。（如果
没有阻尼块，当激励的电脉冲信号停止时， 晶片将会继续振荡，加长超声波的脉冲宽 压电式超声波传感器结构
度，使分辨率变差）；阻尼吸收块用 钨粉、环氧树脂等浇注。
生改变，从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生
一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检
出。通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位
置，即液面的位置。
应用领域主要有：工业现场液位测量与控制， 油罐药罐液位测量，食品饮料液罐控制，大坝水 位监控，饮用水和污水处理等。
红外部分吸收系数小，穿透深度大 ➢量子效率随波长的变化曲线 浅的PN结有较好的紫光灵敏度
深的PN结有较好的红外灵敏度
上节内容复习
6. 色敏传感器工作原理和测量步骤 第10章 超声波传感器
不同的结深区域对不同波长 的光具有不同的灵敏度来识别入 射光的波长（颜色）的。
Step1: 对该色敏器件进行标定 Step2: 根据标定的曲线，实测出 某一单色光时的短路电流比值， 即可确定该单色光的波长。