第五章 声学传感器

3.声波的反射和折射 当超声波从一种介质传播到另一种介质时，
在两介质的分界面上将发生反射和折射，并 满足波的反射定律和折射定律 。

sin V1 sin V2
4.声波的衰减 超声波在一种介质中传播时，随着距离的
增加，能量逐渐衰减。
P P0e x
I I0e2 x
5.2 超声波传感器
⑴声功率 声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能，
记为W，单位为瓦（W)或微瓦（μW）。 连续超声波：声功率一般在几毫瓦～几十千瓦范 围。
脉冲超声波：声功率为几分之一毫瓦～几兆瓦。
⑵声强
在单位时间内，在垂直于声波传播方向的 单位面积上所通过的声能，记为I。
I＝W/S 式中：S为声能所通过的面积（㎡）；W为声 功率。
2.型号标识
•基本频率→晶片材料→晶片尺寸→探头种类 →特征 其中：
晶片材料：用缩写符号 P锆钛酸铅B钛酸钡T钛酸铅 探头种类：Z直探头 K斜探头 特征：探头的几何特征
5.2.3超声波在检测中的应用 一、超声波物位计
传感器举例： • 德国E+H公司的FMV232-AF21。参数： • 测量范围：0—7m • 电 源：220V 50HzAC • 输 出：4－20mA DC • 连 接：四线制
是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于《岳阳楼记》的千古名篇——《醉翁亭记》。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(1007—1072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属
2.超声检测技术 ⑴应用声速测量 ⑵声衰减 ⑶声阻抗
5.2.2 超声波传感器的原理 一、压电型超声波传感器
应力σ
th
A
•
d
A
V1E
f0 2th m
• 式中：E为压电片沿x轴方向的弹性模 量；为压电片的密度。
例石英晶体：
1E 2.87MHz.mm
2 m
若选择石英晶片的厚度为1mm，则其自然 振动频率为2.87MHz。
5.2.1 超声检测技术
一、超声波的物理效应 1.空化效应 空化现象：
Pmax

P0
4
/
3
(
Rm R
)3
2.机械效应 超声波在传播的过程中，会引起介质质点
交替地压缩和扩张，构成了压力的变化，这 种压力变化将引起机械效应。
X=Asinωt
二、超声技术的应用
1.超声加工处理技术 ⑴是超声波的功率应用 ⑵利用某种超声效应 ⑶着重一些描述声场强弱的物理量
第五章 声学量传感器
5.1 技术基础 定义：
声学量传感器是能感受声学量并转换成可 用输出信号的传感器。
表5-1 声学量传感器类型表
传感器类型 声压传感器 噪声传感器 超声[波]传感器
微型麦克风
说明 感受声压并转换成可用输出信号 感受噪声并转换成可用输出信号 感受超声波并转换成可用输出信号
用微加工技术制造的可以把声信号转换成电信号的传感器
一、声波的基本性质
1.声波的类型 ⑴声波：20Hz~20KHz之间的机械波能为人
耳所闻，称为声波 。
⑵次声波：低于20Hz的机械波称为次声波。 ⑶超声波：高于20KHz（2×10）的机械波称
为超声波。
2.波型
⑴纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致。
⑵横波。质点的振动方向垂直与波的传播方向。
⑶表面波。质点的振动介于纵波和横波之间，其振 动的轨迹是椭圆形，长轴垂直于传播方向，短轴 平行于传播方向。
江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。
关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之间，岂不为六一乎？”写作背景：宋仁宗庆历五年(1045年)，
⑷扫描空间小，仅能发现声束轴线附近的缺陷。
脉冲接触法常用的频率范围
频率范围
应用
25~100KHz 混凝土、岩石等粗结构材料
200K~1MHz 灰口铁、可锻铸铁等相当粗的材料
400K~5M
钢、吕、黄铜等细晶粒材料
200K~2.25M 塑料
2.25~10MHz 管、型材等有色金属
1~10M
维修检测，特别是疲劳裂纹
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二、声波的特性参数 1.声压及声阻抗 ⑴声压：由于声波作用而产生的压强叫“声 压”。
P=VU
式中：ρ为空气密度；V为声速；U为空气质 点的振动速度。 单位：牛顿/米2，又称帕
⑵声阻抗
Z=ρ×V 式中：ρ为空气密度；V为声速。 单位：当ρ的单位是g/cm3时，声阻抗的单位 是瑞利。
2.声功率及声强
3.传播速度
声速=
弹性率 密度
⑴气体和液体介质
V K

式中 • K——介质的弹性模量 • ρ-----介质的密度
⑵固体介质
V纵＝
E（1－） （1＋）（1－2）
V横＝ 2（1E＋）
G
V表面＝0.9
G 0.9V横
E----固体介质的杨氏模量 μ---固体介质的波松比 G----固体介质的剪切弹性模量 ρ---介质的密度
三、 超声波传感器特征
1.超声波频率
C=fλ
超声波频率在很大程度上决定了超声波对缺陷的探测能力 频率越高，其：
⑴波长短，声束窄，扩张角小，能量集中。因而发现小缺
陷能力强，分辨率高，缺陷定位准确。
⑵散射大，衰减显著，穿透力弱。同时回波形状复杂，使
得信噪比降低。因此在检测粗糙面时，应选择低频率。
⑶反射性强。如果波不是近于垂直地射到裂面上，在检测方向 上就不能产生足够大的回波。频率越高这种现象越显著。
二、无损检测 1.透射法： 2.反射法：
11 醉翁亭记
1．反复朗读并背诵课文，培养文言语感。
2．结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。
3．把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。
4．体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下《岳阳楼记》，寄托自己“先天下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者——北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也