第七章超声波传感器

2021/2/22
第七章超声波传感器
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利用压电效应的原理制成，是利用了压电的可逆 效应即施加40KHz高频电压，压电片根据所加的高频电 压极性伸长或缩短，于是发射频率是40KHz的超声波， 利用了压电的逆压电效应。经被测物反射后接收器接 受，再利用压电材料的压电效应，转换成电荷，经测 量转换电路，记录或显示结果。
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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）
波浪
气泡
清洗物
超声换能器
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第一节 超声波传感器的结构及工作原理
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。
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3.超声波：频率高于20KHz
蝙蝠能发出和听见超声波。蝙蝠依靠超声波捕食
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2、超声波应用举例
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。
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。
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接触法双晶直探头
结构：
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。
优点：
发射晶片
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。 接收晶片
次声波 声波的分类 声波
超声波 声波是机械波，振动频率为20Hz—20KHz。 1、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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2.Байду номын сангаас闻声波：频率20Hz—20KHz。
超声波塑料焊 接机
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超声波在医学检查中的应用
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胎儿的 B超影像
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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 气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，相当于瞬间 产生几百度的高温和高达上千个大气压的压力，这 种现象被称之为“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。
以空气为传导介质的超声传感器结构
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三、超声波探头
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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典型外形及符号
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二、超声波传感器的结构
结构： 超声发射器 超声接收器 发射器的压电片上粘贴了一只锥形共振盘，以提高 方向性。 接收器在共振盘上安装了阻抗匹配器以滤除噪声， 提高效率。
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以空气为传导介质的超声传感器结构
a） 超声发射器 b）超声接收器 1—外壳 2—金属丝网罩 3—锥形共振 盘 4—压电晶片 5—引脚 6—阻抗匹配器 7—超声波束
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（一）以固体为传导介质的超声探头
a单晶直探头
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b双晶直探头 第七章超声波传感器
c斜探头 16
1、接触式直探头（纵波垂直入射到被检介质）
常用频率范围：0.5~10MHz
常见晶片直径：5~30mm
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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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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3、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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一、超声波的传感器的工作原理
目前市场销售的超声波传感器有两种形式： 专用型 、兼用型
产品通常标有谐振中心频率： 23KHz、40KHz、75KHz、200KHz、 400KHz。
超声波传感器有发射、接收两部分 发射元件—利用压电材料的逆压电效应，将 高频电振动转换为机械振动产生超声波。 接收元件—利用压电材料正压电效应，将超 声波振动转换为电信号。
第七章 超声波传感器
章节导入：
高电压窄脉冲作用于某些晶体时产生超声波， 可以聚焦。而做成探测器或其他用途。
本章要点：
1、了解超声波传感器的结构及工作原理 2、超声波换能器及耦合技术 3、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：
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接插件
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2、双晶直探头
双晶直探头与单晶直探头的区别是： 结构： 由两个直探头组合而成，一个晶片是发射超声波， 另一个晶片接受超声波，两晶片间有隔离系统，发 射和接受互不影响。 延迟块可以减少盲区，提高分辨能力。 优点： 虽然结构比单晶直探头复杂，检测精度高。控制电 路简单。