第8章超声波传感器案例
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超声波传感器课件
数据处理与分析
使用相关软件对采集 到的数据进行处理和 分析。
数据处理与分析
数据清洗
去除异常值和噪声，确 保数据质量。
数据转换
将原始数据转换为更易 于分析的格式或图表。
数据分析
根据实验目的，对数据 进行统计分析或趋势分
析。
结果解释与结论
根据分析结果，得出结 论并解释实验现象。
06
问题与解答
常见问题及解决方案
02
03
04
工业自动化
用于检测生产线上的物体位置 和距离，实现自动化控制和定
位。
机器人技术
用于机器人导航、避障和定位 ，提高机器人的智能和自主性
。
医疗诊断
用于检测人体内部器官和病变 ，如超声成像和胎儿监测。
环境ห้องสมุดไป่ตู้测
用于检测空气污染、水质污染 等环境问题，实现环境监测和
保护。
02
超声波传感器的设计与制 造
气体检测
超声波传感器能够检测空气中的有害气体和粉尘，如一氧化碳、二氧化硫、PM2.5等。这对于保障公共安全和预 防环境污染具有重要意义。
工业自动化与智能制造
机器人定位
在工业自动化生产线上，超声波传感器常用于机器人的定位和避障。通过向目标物体发射超声波并接 收回声信号，机器人可以精确地判断出目标物体的距离和位置，从而实现高效、精准的操作。
VS
新工艺
新型工艺如纳米压印、光刻技术等在超声 波传感器的制造中得到应用，这些新工艺 能够实现更精细的加工和更高的集成度， 提高传感器的分辨率和响应速度。
多功能化与集成化的发展
多功能化
超声波传感器正朝着多功能化的方向发展， 除了基本的检测功能外，还集成了温度、湿 度、压力等多种传感器，实现多参数的检测 和监控。
第8章 超声波传感器
38
各种超声波探头
常用频率范围：0.5~10MHz， 常见晶片直径：5~30mm
接触式直探头 （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。
2019/11/30
接插件
39
接触式 直探头原理
超声脉冲电压
输入端
接地端
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40
一个实心的物体遭受撞击时，可以测出两种波， 一种是纵波，一种是表面波，而空心的物体只 能测到表面波。“纵波”是一种穿透波，可以 穿透物体，由表面的一边经过物体中心传导到 另一边。“表面波”如同它的名字一样，只能 在极浅的表面传递。但是，放置在月球上的月 震仪，经过长时间的记录，都没有记录到纵波， 全部都是表面波。根据这个现象，科学家非常 惊讶地发现：月球是空心的！
2019/11/30
43
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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地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及 板块内部产生错动和破裂，是引起地面震动（即地震） 的主要原因
据统计，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发 生上万次地震。
其中绝大多数太小或太远以至于人们感觉不到；
真正能对人类造成严重危害的地震大约有一二十次；
能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。
三维超声工作站能打印精美的三维图像报告，特别 是胎儿的图像，是孩子的第一张照片，有极高的纪 念意义，可以是医院经济效益创收的一种手段。
超声波传感器测距探究教案 综合实践七年级
《超声波传感器测距探究》一、教学分析1、项目分析我校学生通过问卷调查，发现“坐姿前倾、近距离用眼”是造成近视的主要成因之一，因此学生提出创意。
经过展评，学生选取了具可操作性的创意项目——《制作能测距会报警的坐姿纠正器》，开展本次综合实践活动。
活动过程分为发现问题、分析需求、设计模型、技术探究、作品验证、改进完善６个阶段。
本课的内容是《超声波传感器测距探究》，在项目中处于技术探究阶段，也是技术探究重点。
2、学情分析在知识技能方面，学习本课前，学生已有初步体验了用AS-block软件编程设计ＬＥＤ灯闪烁信号、蜂鸣信号。
但面对陌生的超声波传感器，隐性的超声波反射路径问题，需要寻求帮助。
在情感方面，对创客工具本身的好奇心刚刚建立，需要特定情境来激发持续的学习兴趣。
在认知能力方面，学生一般能从坐姿现象中发现问题，但分析问题比较片面，探究能力也存在个体差异，需要同伴互助。
3、教学目标知识与技能1、学会连接超声波传感器到ARDUINO板对应端口，学会观察测量结果；2、能说出超声波无效反射路径对测量结果的影响及改进措施；3、学会应用AS-block的”如果……那么……否则……”模块编程过程与方法１、养成利用信息技术平台进行自主学习的习惯；２、在测距实验及成果展示中体验合作学习的优势；３、在发现问题—分析问题—解决问题的过程中，学会探究学习；情感与价值观1、增强健康的坐姿意识；2、建立合作、探究、分享的意识。
4、教学重点1、超声波传感器连接方法及测量结果观察方法。
2、用”如果……那么……否则……”模块编写程序，启动信号，提醒坐姿；5、教学难点本课的难点是：隐性的超声波无效反射路径对测量结果的影响及改进措施。
二、教学策略教法：情境教学法、任务驱动法学法：自主学习法、小组合作法、探究学习法。
分组方式：三人一组（或两人一组），强弱搭配。
教学准备：learnsite信息技术学习平台、调查报告、微课（连接图、程序图、微视频）、教育云平台中的计时、积分工具四、教学评价1、小组活动自评表小组活动自评表自评人：2、成果展示互评表成果互评表3、探究素养师评价工具此评价由教师点赞，科代表在教育云平台互动课堂工具——小组积分记录，实时呈现结果。
第8章超声波传感器原理及应用
次声波
声波
超声波
微波
音乐 语言
0.25 10探6 测 20106
101 102 103 104 105 106
107 Hz
当超声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质中 传播速度不同，在介质界面上会产生反射、折射和波型转换等现象。
8.1.1 波形及其转换
1.超声波波形 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，超
2）散射衰减
超声波在介质中传播时，固体介质中颗粒界面或流体介质中悬 浮粒子使声波产生散射，一部分声能不再沿原来传播方向运动，而 形成散射。散射衰减与散射粒子的形状、尺寸、数量、介质的性质 和散射粒子的性质有关。
3）吸收衰减
由于介质粘滞性，使超声波在介质中传播时造成质点间的内摩 擦，从而使一部分声能转换为热能，通过热传导进行热交换，导致 声能的损耗。
390k
- R2
A1
LM660
C3 39k 100pF R3
390k
- R4
A2
LM660
100k R5
100k R6
- VD1
A3
LM660
1.6k
VD2
R7
0.01 F
100K
CR58
1M
R9
-
A4
LM660
Uo
5V
R10
10k
RP R12
10k 10k
电路由成运算放大器LMC660构成，接收超声波传感器由 MA40A5R构成。
E1
G1
c横
2(1 )
2 c纵波
c表面 0.9
G
0.9c横
E — 杨氏模量
— 泊松比；
超声波传感器详解PPT课件
数字式超声波振荡电路
振荡器产生的高频电压通过耦合电容CP供给超声波振子MA40S2S。CC4049的
H1和H2产生与超声波频率相对应的高频电压信号， H3～H6进行功率放大，再
经过耦合电容CP
MA40S2S。超声波振子若长时间加直流电
压，会使传感器特性明显变差， 因此，一般用交流电压通过耦合电容CP 供
b超声波在空气中传播2a2a19第7章超声波传感器20液位测量储油罐分选第7章超声波传感器21超声波液位计第7章超声波传感器22mdarse型室外保安机器人多个超声波传感器组成线阵或面阵形成多传感器第7章超声波传感器23为计数或安全目的进行人员探测第7章超声波传感器24堆置高度控制厚度测量第7章超声波传感器25脉冲回波法检测厚度工作原理超声波测厚第7章超声波传感器图910超声波测厚1双晶直探头2引线电缆3入射波4反射波5试件6测厚显示器图是超声波测厚示意图
α——衰减系数，单位为Np/cm（奈培/厘米）。
声波衰减原因： 扩散衰减：随声波传播距离增加而引起声能的减弱。 散射衰减：超声波在介质中传播时，固体介质中颗粒界面或流体介质中悬浮
粒子使声波产生散射，一部分声能不再沿原来传播方向运动，而 形成散射。 吸收衰减：由于介质粘滞性，使超声波在介质中传播时造成质点间的内摩 擦，从而使一部分声能转换为热能，通过热传导进行热交换，导 致声能的损耗。
第7章 超声波传感器
超声波液位计
第20页/共40页
第7章 超声波传感器 多个超声波传感器组成线阵或面阵形成多传感器
MDARS-E型室外保安机器人
第21页/共40页
第7章 超声波传感器
为计数或安全目的，进行人员探测
第22页/共40页
第7章 超声波传感器 堆置高度控制
振荡器产生的高频电压通过耦合电容CP供给超声波振子MA40S2S。CC4049的
H1和H2产生与超声波频率相对应的高频电压信号， H3～H6进行功率放大，再
经过耦合电容CP
MA40S2S。超声波振子若长时间加直流电
压，会使传感器特性明显变差， 因此，一般用交流电压通过耦合电容CP 供
b超声波在空气中传播2a2a19第7章超声波传感器20液位测量储油罐分选第7章超声波传感器21超声波液位计第7章超声波传感器22mdarse型室外保安机器人多个超声波传感器组成线阵或面阵形成多传感器第7章超声波传感器23为计数或安全目的进行人员探测第7章超声波传感器24堆置高度控制厚度测量第7章超声波传感器25脉冲回波法检测厚度工作原理超声波测厚第7章超声波传感器图910超声波测厚1双晶直探头2引线电缆3入射波4反射波5试件6测厚显示器图是超声波测厚示意图
α——衰减系数，单位为Np/cm（奈培/厘米）。
声波衰减原因： 扩散衰减：随声波传播距离增加而引起声能的减弱。 散射衰减：超声波在介质中传播时，固体介质中颗粒界面或流体介质中悬浮
粒子使声波产生散射，一部分声能不再沿原来传播方向运动，而 形成散射。 吸收衰减：由于介质粘滞性，使超声波在介质中传播时造成质点间的内摩 擦，从而使一部分声能转换为热能，通过热传导进行热交换，导 致声能的损耗。
第7章 超声波传感器
超声波液位计
第20页/共40页
第7章 超声波传感器 多个超声波传感器组成线阵或面阵形成多传感器
MDARS-E型室外保安机器人
第21页/共40页
第7章 超声波传感器
为计数或安全目的，进行人员探测
第22页/共40页
第7章 超声波传感器 堆置高度控制
超声波传感器思政案例
超声波传感器思政案例
某高中物理实验室开展了一项关于超声波传感器的实验。
实验课上，老师提供了一组实验器材，并要求学生们设计一个基于超声波的距离测量装置。
为了调动学生的参与积极性，老师决定以小组形式进行实验，每个小组负责设计并制作出能够准确测量距离的装置。
每个小组成员都发挥着自己的特长，有人负责制作硬件电路，有人进行程序编写，有人展现出较强的团队协作能力。
他们共同讨论设计方案，分工合作，紧密配合。
在实验过程中，每位成员都发挥了自己的优势，相互学习交流，共同完成了装置的制作。
在调试装置时，小组遇到了许多问题，例如噪声干扰、信号衰减等。
面对这些困难，小组成员不气馁，而是积极寻求解决方案。
他们查找资料，咨询老师和同学们的意见，并通过多次实验不断修改改进装置。
经过反复测试与调整，最终成功设计出能够准确输入距离数值的装置。
除了技术能力的提升，这个实验还培养了学生们的团队合作精神和解决问题的能力。
通过合理的分工与配合，小组成员相互扶持，共同克服了困难。
在解决问题的过程中，他们学会了坚持不懈、勇于尝试，培养了自主学习和创新意识。
通过这个实验，学生们不仅学到了科学原理与实践技能，而且在集体协作、问题解决中感受到了团队的力量。
他们体验到了科学创新的魅力，并在思政教育的引导下，形成了积极向上、勇于探索的态度。
这样的经历无疑对他们的综合素养和未来的发展产生了深远的影响。
九年级物理上册 第八章 3 电话和传感器课件 (新版)教科版
2020/1/1
精品课件
14
3.电话和传感器
课堂反馈
1．电话是由话筒和听筒组成的，话筒的工作原理与发电机相 同，它是根据____电_磁__感__应_____原理工作的，而听筒的工作原理 与电动机相同，它工作时，把电能转化为___机_械____能。
2020/1/1
Hale Waihona Puke 精品课件153.电话和传感器
2．动圈式话筒的结构如图C8－3－1所示，它工作时：①线圈运 动能产生随着声音变化而变化的电流；②与膜片相连的线圈随之 一起振动；③人唱歌或说话产生的声音使膜片振动；④变化的电 流经过放大后，由扬声器还原为声音。关于它的工作过程，正确 的排序是_____③__②_①__④______。
音并且光照强度低时就自动闭合，这种开关里有___声__音____传感
器和___光____传感器，这种开关经常用来控制楼道里灯的亮灭。
2020/1/1
精品课件
8
3.电话和传感器
应用示例
类型一 声信息与电信息的转换
例1 如图8－3－6所示，扬声器的工作过程： 图8－3－6 当音频电流使线圈中通过图中所示的电流时，线圈受到永磁体
精品课件
3
3.电话和传感器
(2)观察如图8－3－2所示的实验。
图8－3－2
2020/1/1
精品课件
4
3.电话和传感器
思考：问题1：变化的电流通过线圈时，因为
____电_流__在__磁_场__中_受__力____，会引起线圈振动，从而带动纸片振动。
问题2：在此实验中，如果通过线圈的是由声音转化而来的电流
，这个装置就可以把_电__流______信息转化为_声__音______信息。
(第8章)超声波传感器
2
T
1c1 2 c2
4 1c1 2 c2
2
若2c2≈1c1，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2c2>>1c1，反射系数R≈1， 则声波在界面上几乎全反射。同理，当 1c1>>2c2，反射系数R≈1，声波在界面上 几乎全反射。
如果在流体中设置两个超声波传感器， 它们既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， 如图8-6所示。如设顺流方向的传播时间为 t1，逆流方向的传播时间为t2，流体静止 时的超声波传播速度为c，流体流动速度为 v，则
L t1 cv
L t2 cv
一般来说，流体的流速远小于超声波 在流体中的传播速度，因此超声波传播时 间差为
超声波传感器利用压电效应的原理， 压电效应有逆压电效应和正压电效应，超 声波发送器就是利用逆压电效应的原理。 超声波接收器利用正压电效应的原理。
8.2.1 超声波传感器的组成
它采用双晶振子，即把双压电陶瓷片 以相反极化方向粘在一起，在双晶振子的 两面涂敷薄膜电极，其上面接到一个电极 端，下面接到另一个电极端。
路
1、电路组成 超声波收发电路、 锁相电路及控制执行电路等。
核心是锁相电路，它由LM567等组成， 对输入的外来信号和本身振荡信号的频率 进行比较，当输入到LM567的3脚的外来信 号的频率和本身振荡信号的频率相同时，8 脚输出电平由高变低，同时，利用锁相电 路本身的振荡信号为超声波发送电路提供 信号源。电路的振荡频率f=1/(1.lR8C5)， 本电路为40kHz。
ct s 2
因此液位高度为
h s 2 a2
从以上公式中可以看出，只要测得超 声波脉冲从发射到接收的时间间隔，便可 以求得待测的物位。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10−2m～104m。
超声波传感器讲解PPT学习教案
波测脉体冲的所 声需 速1 的 常ct 时 数间c，t， 就7再 是-乘 超5以声被脉
冲在被测件2 中第11所页/共经14页 历的来回距离，
再除以2，就得到厚度 ：
6、超声波探伤的原理
用纵波可探测金属存在的夹杂物、裂缝、 缩管、白点、分层等缺陷；用横波可探测 管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊缝中 的气孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺陷；用 表面波可探测形状简单的铸件上的表面缺 陷；用板波可探测薄板中的缺陷。
用途:单晶用于检测表面粗糙的工件 。 双晶头用于表面缺陷的探测 斜探头用于检测直声束无法到达的部位、或者缺陷的方向与检测
面之间存在夹角的区域。
第3页/共14页
第4页/共14页
3、原理
一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一 侧管壁后，被另一个探头接收到，同时， 第二个探头同样发射信号被第一个探头接 收到，由于受到介质流速的影响，二者存 在时间差Δt，根据推算可以得出流速V和时 间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进 而可以得到流量值Q
一个探头发射信号穿过管壁介质另一一个探头发射信号穿过管壁介质另一侧管壁后被另一个探头接收到同时侧管壁后被另一个探头接收到同时第二个探头同样发射信号被第一个探头接第二个探头同样发射信号被第一个探头接收到由于受到介质流速的影响二者存收到由于受到介质流速的影响二者存在时间差在时间差tt根据推算可以得出流速根据推算可以得出流速vv和时t之间的换算关系之间的换算关系vc22lvc22lt而可以得到流量值而可以得到流量值q当流体静止时声速为当流体静止时声速为cc
第7页/共14页Biblioteka 第8页/共14页5
（1）线聚焦探头， （2）双晶探头， （3）双晶探头、根据模拟量大小进行检测 （4）单晶探头、根据声波往返时间检测
冲在被测件2 中第11所页/共经14页 历的来回距离，
再除以2，就得到厚度 ：
6、超声波探伤的原理
用纵波可探测金属存在的夹杂物、裂缝、 缩管、白点、分层等缺陷；用横波可探测 管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊缝中 的气孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺陷；用 表面波可探测形状简单的铸件上的表面缺 陷；用板波可探测薄板中的缺陷。
用途:单晶用于检测表面粗糙的工件 。 双晶头用于表面缺陷的探测 斜探头用于检测直声束无法到达的部位、或者缺陷的方向与检测
面之间存在夹角的区域。
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3、原理
一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一 侧管壁后，被另一个探头接收到，同时， 第二个探头同样发射信号被第一个探头接 收到，由于受到介质流速的影响，二者存 在时间差Δt，根据推算可以得出流速V和时 间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进 而可以得到流量值Q
一个探头发射信号穿过管壁介质另一一个探头发射信号穿过管壁介质另一侧管壁后被另一个探头接收到同时侧管壁后被另一个探头接收到同时第二个探头同样发射信号被第一个探头接第二个探头同样发射信号被第一个探头接收到由于受到介质流速的影响二者存收到由于受到介质流速的影响二者存在时间差在时间差tt根据推算可以得出流速根据推算可以得出流速vv和时t之间的换算关系之间的换算关系vc22lvc22lt而可以得到流量值而可以得到流量值q当流体静止时声速为当流体静止时声速为cc
第7页/共14页Biblioteka 第8页/共14页5
（1）线聚焦探头， （2）双晶探头， （3）双晶探头、根据模拟量大小进行检测 （4）单晶探头、根据声波往返时间检测
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
西南交大自动检测技术课件 第八章 超声波传感器
1、试比较热电阻、热敏电阻、热电偶测温原理的异同（从电阻 －温度特性角度）。
2、简述在工业控制现场采用热电偶测温进行冷端温度补偿的必 要性？常用冷端补偿有几种方法？ 如果要求完成对冷端温度自动补偿，补偿电路应如何设计？ 3、简述热电偶冷端补偿导线的作用。
压电式传感器
1、什么是压电效应？什么是顺向压电效应？什么是逆向压电效 应？石英晶体的横向和纵向压电效应的产生与外力作用的关系是 什么？ 2、设石英晶片的输出电压幅值为 200mv，若要产生一个大于 500mv的信号，需要几片石英晶片采用什么样的连接方式，其测 量电路（针对前置放大电路）应如何设计传播时，在它们的界面上，一部 分能量反射回原介质，称为反射波；
另一部分能量透射过界面，在另一个介质内部继续传 播，称之为折射波， 反射定律： 入射角与反射角的正弦之比等于入射波与 反射波的速度之比。
折射定律 ： 入射角的正弦与折射角的正 弦之比等于介质1中入射波 的波速与介质2中折射波的 波速之比 。 （三）超声波的衰减 超声波在一种介质中传播时，其声强按指数函数规律 衰减。 距离声源x处的声强I的衰减规律如下
二、超声波传感器 超声波传感器实现声电转换的装置，又称为超声波换 能器或超声波探头。
超声波探头：
能发射超声波信号，又能接收发射出去的超声波的回 波，并将其转换成电信号的装置。 超声波探头可分为： 直探头、斜探头、双探头和液浸探头。
直探头、斜探头结构主要为：
压电晶片、内部接线片、导线细杆、金属外壳、接线 柱等。
3、比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点？
4、压电式传感器的前置放大器作用是什么? 说明压电元件的等 效电路及其电荷式前置放大器的特点?
5、采用压电传感器能否测量静态和变化很缓慢的信号？请简述 理由。
2、简述在工业控制现场采用热电偶测温进行冷端温度补偿的必 要性？常用冷端补偿有几种方法？ 如果要求完成对冷端温度自动补偿，补偿电路应如何设计？ 3、简述热电偶冷端补偿导线的作用。
压电式传感器
1、什么是压电效应？什么是顺向压电效应？什么是逆向压电效 应？石英晶体的横向和纵向压电效应的产生与外力作用的关系是 什么？ 2、设石英晶片的输出电压幅值为 200mv，若要产生一个大于 500mv的信号，需要几片石英晶片采用什么样的连接方式，其测 量电路（针对前置放大电路）应如何设计传播时，在它们的界面上，一部 分能量反射回原介质，称为反射波；
另一部分能量透射过界面，在另一个介质内部继续传 播，称之为折射波， 反射定律： 入射角与反射角的正弦之比等于入射波与 反射波的速度之比。
折射定律 ： 入射角的正弦与折射角的正 弦之比等于介质1中入射波 的波速与介质2中折射波的 波速之比 。 （三）超声波的衰减 超声波在一种介质中传播时，其声强按指数函数规律 衰减。 距离声源x处的声强I的衰减规律如下
二、超声波传感器 超声波传感器实现声电转换的装置，又称为超声波换 能器或超声波探头。
超声波探头：
能发射超声波信号，又能接收发射出去的超声波的回 波，并将其转换成电信号的装置。 超声波探头可分为： 直探头、斜探头、双探头和液浸探头。
直探头、斜探头结构主要为：
压电晶片、内部接线片、导线细杆、金属外壳、接线 柱等。
3、比较石英晶体和压电陶瓷各自的特点？
4、压电式传感器的前置放大器作用是什么? 说明压电元件的等 效电路及其电荷式前置放大器的特点?
5、采用压电传感器能否测量静态和变化很缓慢的信号？请简述 理由。
超声波传感器及应用PPT课件
无创无痛
实时监测
医学超声成像系统能够实时获取人体 内部结构的图像，有助于医生及时发 现病变并进行诊断。
医学超声成像系统具有无创、无痛、 无辐射的特点，对患者的身体不会造 成伤害，特别适合孕妇和儿童的检查。
工业无损检测技术
检测材料内部缺陷
工业无损检测技术利用超声波传感器对材料进行无损检测，能够 检测出材料内部的裂纹、气孔、夹杂物等缺陷。
工业检测
01
无损检测
超声波传感器在工业领域中广泛应用于无损检测，通过向材料发射超声
波并分析回声信号，可以检测材料内部是否存在缺陷、裂纹或气孔等问
题。这种检测方法具有高精度和高效率的特点。
02
流量和液位测量
超声波传感器可用于测量流体的流量和液位高度。通过测量超声波在流
体中传播的时间或频率，可以推算出流体的流速、流量或液位高度等信
此外，随着物联网、人工智能等技术的不断发展，超声波 传感器在智能感知和物联网领域的应用前景也值得进一步 探讨和研究。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
可以分为压电式、磁致伸 缩式、电磁式等类型的超 声波传感器。
按工作频率分类
可以分为低频、中频和高 频超声波传感器。
按用途分类
可以分为医用、工业用、 军用等不同类型的超声波 传感器。
03 超声波传感器的应用领域
医学诊断
医学诊断
超声波传感器在医学领域中广泛应用于诊断和监测。通过向人体发射超声波并接收其回声 ，可以无创地检测和评估器官、血管和组织的结构和功能。例如，超声心动图用于检测心 脏疾病，超声成像用于诊断腹部和妇科疾病。
降低成本与推广应用
批量生产与制造成本降低
通过优化生产工艺和实现规模化生产， 降低超声波传感器的制造成本，促进其 推广应用。
超声波传感器(上)总结
第八章 超声波传感器
8.1 超声波及其物理性质 8.2 超声波传感器 8.3 超声波传感器的应用
返回主目录
超声波的基本特性 超声技术是一门以物理学、电子学、机械及材料科学 为基础、应用十分广泛的通用技术之一。目前，超 声波技术广泛应用于冶金、船舶、机械、医疗等各 个工业部门，例如超声清洗、超声焊接、超声加工、 超声检测和超声医疗等方面，并取得了很好的社会 效益和经济效益。因此，我国对超声波技术及其传 感器的研究十分活跃。在国民经济中，对提高产品 质量、保障生产安全和设备安全运行、降低生产成 本、提高生产效率等具有重要的意义。 超声波具有聚束、定向及反射、散射、透射等特性。 按超声振动辐射大小不同大致可分为：利用超声波 使物体或物件发生变化的功率效应，称之为功率超 声；利用超声波获取若干信息，称为检测超声。这 两种超声的应用，同样需要借助于超声波传感器(或 称为换能器、或探头)来实现。
ห้องสมุดไป่ตู้
振动方向和波 的传播方向垂 直。只能在固 体中传播。
书上振荡表示：
表面波
质点的振动介于横波与纵波之间，沿着表面传播的 波。表面波随深度增加衰减很快。表面波振动轨 迹是椭圆型，在固体表面传播。
一、 超声波的波形及其转换 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; ② 横波——质点振动方向垂直于传播方向的波;
当纵波以某一角度入射到第二介质（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, 还能产生表面波。 二、 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
8.1 超声波及其物理性质 8.2 超声波传感器 8.3 超声波传感器的应用
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超声波的基本特性 超声技术是一门以物理学、电子学、机械及材料科学 为基础、应用十分广泛的通用技术之一。目前，超 声波技术广泛应用于冶金、船舶、机械、医疗等各 个工业部门，例如超声清洗、超声焊接、超声加工、 超声检测和超声医疗等方面，并取得了很好的社会 效益和经济效益。因此，我国对超声波技术及其传 感器的研究十分活跃。在国民经济中，对提高产品 质量、保障生产安全和设备安全运行、降低生产成 本、提高生产效率等具有重要的意义。 超声波具有聚束、定向及反射、散射、透射等特性。 按超声振动辐射大小不同大致可分为：利用超声波 使物体或物件发生变化的功率效应，称之为功率超 声；利用超声波获取若干信息，称为检测超声。这 两种超声的应用，同样需要借助于超声波传感器(或 称为换能器、或探头)来实现。
ห้องสมุดไป่ตู้
振动方向和波 的传播方向垂 直。只能在固 体中传播。
书上振荡表示：
表面波
质点的振动介于横波与纵波之间，沿着表面传播的 波。表面波随深度增加衰减很快。表面波振动轨 迹是椭圆型，在固体表面传播。
一、 超声波的波形及其转换 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; ② 横波——质点振动方向垂直于传播方向的波;
当纵波以某一角度入射到第二介质（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, 还能产生表面波。 二、 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
超声波传感器的应用案例
超声波传感器的应用案例
不管你的任务是在物流行业，工程机械，食品和饮料，料位检测或自动门和工业门检测：超声波传感器都能为最多样化的应用需求提供解决方案。
请看以下9种综合应用实例，向你展示了超声波传感器的多功能性。
超声波传感器用于砂砾储存仓的料位监测
散装的建筑材料是露天开采的，如沙子，碎石，砾石。
这些材料在深度达50m处被挖掘，并且必须被妥善储存直到它们被运输离开现场。
传送带运输这些建筑材料到储物仓。
超声波传感器确定储物仓是否到达最大的料位值。
检测农业机械的喷杆高度。
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超声波的频率越高，其声场指向性就愈好。
2018/10/15 22
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。
横波是指震动方向与传播方向相垂直的波
横波是质点振动方向与传播方向垂直的机械波。可以这样理解，如果我们手拿平 铺在地上的绳子的一端，并上下抖动(振动)绳子，这时形成的波，呈水平方向向
前传播。振动方向垂直于地面，而且传播方向水平向前，这就是横波。
纵波是指震动方向与传播方向相同的波
纵波是质点的振动方向与传播方向一致的波。如敲锣时，锣的振动方向与波的传 播方向就是一致的，声波是纵波。
2018/10/15 23
纵
波
2018/10/15
24
横波
2018/10/15
25
地 震
地震：是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产
2018/10/15 20
超声波清洗原理及清洗器
气泡 波浪
清洗物
超声换能器
2018/10/15 21
一、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。
5.可方便地去除多余组织图像，突出感兴趣区。 6.可对图像进行放大、缩小、图片反转、角度变换等处。
7. 图像有多达4种颜色变换以供选择。
8.超声专业术语数据库，方便行成诊断报告。 9.可进行资料存档，供您随时调用、分析。 10. 图文一体化的报告。
2018/10/15 18
2018/10/15
2018/10/15
8
超声波金丝 焊接机
2018/10/15
9
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
2018/10/15
10
工作原理： 传感器探头发射超声波信号，遇到水底或 鱼群会反射回信号，然后检测反射信号，处理数据， 得出水底深度、鱼所在水层。
李善邦研制的中
国第一台现代地
震仪器，1939年
2018/10/15 33
古今中外地震死亡人口之最：
大约1201年7月，近东和地中海东部地区的所有城市 都遭地震破坏，死人最多, 估算约达110万。
生地震波的一种自然现象。
地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及 板块内部产生错动和破裂，是引起地面震动（即地震） 的主要原因 据统计，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发 生上万次地震。 其中绝大多数太小或太远以至于人们感觉不到； 真正能对人类造成严重危害的地震大约有一二十次；
1.次声波
次声波是频率低于20Hz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。
2018/10/15 3
2.可听声波 (20HZ-20KHZ)
美妙的音乐可使人陶醉。
2018/10/15 4
3.超声波
>20KHZ
蝙蝠 能发出和 听见超声 波。
能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。
26
2018/10/15
2018/10/15
27
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28
2018/10/15
29
2018/10/15
30
2018/10/15
31
地震：动物的先兆
2018/10/15
是否有科学道理？你信吗？
32
张衡地动仪 复原模型：50年 度 2002-2008
19
超声波用于高效清洗
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。
2018/10/15
11
岸钓中的横扫描
2018/10/15
12
探鱼器在冰钓中的使用
2018/10/15
13
探鱼器在船钓中的使用
2018/10/15
14
2018/10/15
15
超声波在医学检查 中的应用
胎儿的 B超影像
2018/10/15
16
三维B超医学影像工作站
三维超声医学影像工作站 是由三维超声图像处理软件、计算机、高速图像采 集卡、彩色打印机等组成，在普通B超扫描成像的基 础上，形成三维影像并可进行影像存储、回放及形 成诊断报告等功能的装置。 三维超声成像能单独显示感兴趣结构的立体形态和 内部结构，它可使医师获得更多的组织信息，以作 出更全面、更准确的分析。具有很高的临床和研究 价值。 三维超声工作站能打印精美的三维图像报告，特别 是胎儿的图像，是孩子的第一张照片，有极高的纪 念意义，可以是医院经济效益创收的一种手段。
2018/10/15 5
蝙蝠依靠超声波捕食
2018/10/15
6
超声波与可听声波不 同，它可以被聚焦，具有 能量集中的特点。
超声波加湿器
2018/10/15
超声波雾化器
7
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。
超声波塑料 焊接机
17
2018/10/15
三维超声医学影像工作站特点：
1.只需一根视频线进行连接，不影响原有B超的任何功能。 2. 三维成像速度快，三维影像扫描时间为4～5秒，成像时间小 于1秒。 3. 图像清晰，能清晰显示胎儿的体态、五官、脸形、四肢等， 便于诊断胎儿畸形。
4.可在三维图像中提取任一剖面、方位、角度进行分析。
第8章
超声波传感器
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。
2018/10/15
1
目 录
概述 一、超声波物理基础 二、超声波换能器及耦合技术 三、超声波传感器的应用 四、超声波无损探伤
2018/10/15 2
概述：
声波的分类
2018/10/15 22
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。
横波是指震动方向与传播方向相垂直的波
横波是质点振动方向与传播方向垂直的机械波。可以这样理解，如果我们手拿平 铺在地上的绳子的一端，并上下抖动(振动)绳子，这时形成的波，呈水平方向向
前传播。振动方向垂直于地面，而且传播方向水平向前，这就是横波。
纵波是指震动方向与传播方向相同的波
纵波是质点的振动方向与传播方向一致的波。如敲锣时，锣的振动方向与波的传 播方向就是一致的，声波是纵波。
2018/10/15 23
纵
波
2018/10/15
24
横波
2018/10/15
25
地 震
地震：是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产
2018/10/15 20
超声波清洗原理及清洗器
气泡 波浪
清洗物
超声换能器
2018/10/15 21
一、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。
5.可方便地去除多余组织图像，突出感兴趣区。 6.可对图像进行放大、缩小、图片反转、角度变换等处。
7. 图像有多达4种颜色变换以供选择。
8.超声专业术语数据库，方便行成诊断报告。 9.可进行资料存档，供您随时调用、分析。 10. 图文一体化的报告。
2018/10/15 18
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8
超声波金丝 焊接机
2018/10/15
9
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
2018/10/15
10
工作原理： 传感器探头发射超声波信号，遇到水底或 鱼群会反射回信号，然后检测反射信号，处理数据， 得出水底深度、鱼所在水层。
李善邦研制的中
国第一台现代地
震仪器，1939年
2018/10/15 33
古今中外地震死亡人口之最：
大约1201年7月，近东和地中海东部地区的所有城市 都遭地震破坏，死人最多, 估算约达110万。
生地震波的一种自然现象。
地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及 板块内部产生错动和破裂，是引起地面震动（即地震） 的主要原因 据统计，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发 生上万次地震。 其中绝大多数太小或太远以至于人们感觉不到； 真正能对人类造成严重危害的地震大约有一二十次；
1.次声波
次声波是频率低于20Hz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。
2018/10/15 3
2.可听声波 (20HZ-20KHZ)
美妙的音乐可使人陶醉。
2018/10/15 4
3.超声波
>20KHZ
蝙蝠 能发出和 听见超声 波。
能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。
26
2018/10/15
2018/10/15
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2018/10/15
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地震：动物的先兆
2018/10/15
是否有科学道理？你信吗？
32
张衡地动仪 复原模型：50年 度 2002-2008
19
超声波用于高效清洗
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。
2018/10/15
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岸钓中的横扫描
2018/10/15
12
探鱼器在冰钓中的使用
2018/10/15
13
探鱼器在船钓中的使用
2018/10/15
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超声波在医学检查 中的应用
胎儿的 B超影像
2018/10/15
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三维B超医学影像工作站
三维超声医学影像工作站 是由三维超声图像处理软件、计算机、高速图像采 集卡、彩色打印机等组成，在普通B超扫描成像的基 础上，形成三维影像并可进行影像存储、回放及形 成诊断报告等功能的装置。 三维超声成像能单独显示感兴趣结构的立体形态和 内部结构，它可使医师获得更多的组织信息，以作 出更全面、更准确的分析。具有很高的临床和研究 价值。 三维超声工作站能打印精美的三维图像报告，特别 是胎儿的图像，是孩子的第一张照片，有极高的纪 念意义，可以是医院经济效益创收的一种手段。
2018/10/15 5
蝙蝠依靠超声波捕食
2018/10/15
6
超声波与可听声波不 同，它可以被聚焦，具有 能量集中的特点。
超声波加湿器
2018/10/15
超声波雾化器
7
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。
超声波塑料 焊接机
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2018/10/15
三维超声医学影像工作站特点：
1.只需一根视频线进行连接，不影响原有B超的任何功能。 2. 三维成像速度快，三维影像扫描时间为4～5秒，成像时间小 于1秒。 3. 图像清晰，能清晰显示胎儿的体态、五官、脸形、四肢等， 便于诊断胎儿畸形。
4.可在三维图像中提取任一剖面、方位、角度进行分析。
第8章
超声波传感器
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。
2018/10/15
1
目 录
概述 一、超声波物理基础 二、超声波换能器及耦合技术 三、超声波传感器的应用 四、超声波无损探伤
2018/10/15 2
概述：
声波的分类