声敏传感器ppt

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 。它只能在固体中传播。
③表面波：质点的振动介于纵波与横波之间 ，沿着表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减 的波。表面波随深度增加衰减很快，只能沿着 固体的表面传播。因此，为了测量各种状态下 的物理量，多采用纵波。
2.2压电声敏传感器
压电声敏传感器是利用压电晶体的压电效应 制成的。下图为压电传感器的结构图。
2.3电容式声敏传感器（静电型）
下图为电容式送话器的结构示意图。它由膜 片、外壳及固定电极等组成，膜片为一片质轻 而弹性好的金属薄片，它与固定电极组成一个 间距很小的可变电容器。
2.4音响传感器
音响传感器包括：将声音载于通信网的电 话话筒；将可听频带范围（20Hz~20kHz）的声 音真实地进行电变换的放音、录音话筒；从媒 质所记录的信号还原成声音的各种传感器等。 根据不同的工作原理（有电磁变换、静电变换、 电阻变换和光电变换等），可制成多种音响传 感器。下面主要介绍一下医用音响传感器。
心音导管尖端式传感器：它是将压力检测 元件配置在心音导管端部的、小型的探头形的 传感器，用于测定血压、检测心音和心杂音的 发生部位。
三、超声波传感器
在超声波检测技术中，通过超声波仪器首 先将超声波发射出去，然后再将接收回来的超 声波变换成电信号，完成这些工作的装置称为 超声波传感器。习惯上把发射部分和接收部分 均称为超声波换能器，有时也称为超声波探头。 利用超声波传感器可进行液位、流量、速度、 浓度、厚度等测量，还可以进行材料的无损探 伤。
超声波波长、频率与速度的关系为：
c
f
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。
2.超声波的波形
由于声源在介质中施力方向与波在介质中传 播方向不同，声波的波型也有所不同。通常有 ：
纵 波
横
表
面
波
波
3.超声波的传播速度
纵波、横波及表面波的传播速度，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% 。
本章主要内容
1
声波的基本性质
2
声敏传感器
3
超声波传感器
一、声波的基本性质
机械振动在空气中的传播称为声波，更广 泛地将物体振动发生的并能通过听觉产生印象 的波都称为声波，因此，声波是一种机械波。 传播声波的连续媒质可以看作由许多紧密相连 的微小体积元dV组成的物质系统，体积元内的
媒质可以当作集中在一点、质量等于dV的质点
1.1超声波的概念
振动在弹性介质内的传播称为波动。 声波是一种能在气体、液体、固体中传播 的机械波。 根据声波频率的范围，声波可分为声波、 次声波和超声波。 ①可闻声波：声波频率在 20Hz-20kHz之间 、能为人耳所闻的机械波； ②次声波：频率低于20Hz 的机械波； ③超声波：频率高于20kHz的机械波。
4.超声波的反射和折射
当超声波在传播过程中，遇到两种不同介质 的分界面时，一部分将被反射，另一部分将透 射过界面，产生折射，并在另一介质中继续传 播，如下图所示。
反射：
sin C sin ' C'
折射： sin C1 sin C2
5.超声波的衰减
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。其声压和声强的衰减规 律满足以下函数关系：
1.超声波及其物理性质
如下图为声波的频率界限图。
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 ， 78Hz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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下图分别为可闻声波和超声波。可闻声波： 美妙的音乐；超声波： 蝙蝠能发出和听见超 声波,且依靠其捕食。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。
医用音响传感器
为了诊断疾病，常检测体内诸器官所发出 的声音，如心脏的跳动声、心杂音、胎儿心脏 的跳动声等。用于检测身体内所发出的各种声 音的传感器有：
心音计：检测向胸腔壁传播的心脏跳动声、 心脏杂音的信号，并通过放大器和滤波器加以 组合，就可获得胸部的特定部位随时间而变化 的波形，根据波形就可进行诊断。
P P0eax
I I0e2ax
式中，P、I—距离声源处的声压和声强。
、P0 —I 0声源处的声压和压强。
超声波在介质中传播，能量的衰减决定于 超声波的扩散、散射和吸收。
①声波扩散引起的衰减 在理想介质中，超声波的衰减仅来自于超
声波的扩散。由于声波扩散能量逐渐分散，使 单位面积内超声波的能量随传播距离的增加而 减弱，并且声压强也随之减弱。
（ 为媒质的密度，是随时间和坐标变化的）。 在平衡状态时系统可以用体积 V（0 或密度0 ）、 压强 P0和温度 T等0 状态参数来描述，此时组成媒 质的分子在不停地运动着，在时间t内体积元中 流入的质量相同，即质量不变。
二、声敏传感器
声敏传感器是一种将在气体、液体或固体 中传播的机械振动转换成电信号的器件或装置， 它用接触或非接触的方法检出信号。
②散射引起的衰减 声波在传播过程中遇到不同声阻抗介质组 成的界面时， 将产生散射， 实际材料的金属结
晶组织的不均性或界面的晶粒粗大引起的散射 ， 使部分超声波能量以热能的形式损耗。
③介质吸收引起的衰减 由于介质的粘滞性而造成质点间的内摩擦， 从而将消耗部分声能，并且介质的热传导及介质 的稠密和稀疏部分之间的热交换都能导致声能的 损耗。
声敏传感器的种类很多，下面将介绍4种声 敏传感器，包括：电阻变换型声敏传感器、压 电声敏传感器、电容式声敏传感器（静电型） 及音响传感器。
2.1电阻变换型声敏传感器
按照转换原理将这类传感器分为接触阻抗 型和阻抗变换型两种。接触阻抗型声敏传感器 的一个典型实例是碳粒式送话器，如下图为其 工作原理图。