传感器与智能检测技术-第8章-波式传感器

8 波式传感器
8.1 超声波传感器 8.1.3超声波传感器应用实例 2.超声波无损探伤
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超声波无损探伤有穿透法探伤和 反射法探伤两种方法。穿透法探伤根 据超声波穿透工件后能量的变化情况 来判断工件内部质量，其工作原理如 图8-6所示。反射法探伤根据超声波 在工件中反射情况的不同来探测工件 内部是否有缺陷，它又分为一次脉冲 反射法探伤和多次脉冲反射法探伤两 种。
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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; ③ 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。
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8.1 超声波传感器 8.1.1超声波的物理性质 3.超声波的衰减
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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，在介质面上会产生反射、折 射和波形转换等现象。
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8.1 超声波传感器 8.1.1超声波的物理性质 1.超声波的波形及其转换
2.超声波的反射和折射
当波在界面上产生反射时，入射角α的正弦与反射 角α′的正弦之比等于波速之比。当波在界面处产生折 射时，入射角α的正弦与折射角β的正弦之比，等于入 射波在第一介质中的波速C1与折射波在第二介质中的波 速C2之比。
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第8章
波式传感器
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5.1 热电偶传感器 5.2 热电阻传感器 5.3 热敏电阻传感器
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8.1 超声波传感器
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振动在弹性介质内的传播称为波 动，简称波。频率在16~20KHz之间 ，能为人耳所闻的机械波，称为声波 ，低于16Hz的机械波，称为次声波； 高于20KHz的机械波，称为超声波。
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8.1 超声波传感器 8.1.3超声波传感器应用实例 3.超声波传感器在汽车中的应用
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超声波传感器在汽车中主要用于 倒车提醒，使得驾驶员可以安全地倒 车。其原理是，利用超声波探测倒车 路径上或附近存在的任何障碍物，并 及时发出提示。超声波测距虽然目前 在测距量程上能达到百米，但测量的 精度往往只能达到厘米数量级。超声 波传感器在倒车中的应用如图8-7所 示。
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8.2 多普勒传感器
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生活中有这样一个有趣的现象：当一辆救护车迎面驶来的时候，听到声音比原来 高；而车离去的时候声音的音高比原来低。你可能没有意识到，这个现象和医院使用 的彩超同属于一个原理，那就是“多普勒效应”。
多普勒效应Doppler effect是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰 ·多普勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他于1842年首先提出了这 一理论。主要内容为物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。在运 动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移blue shift）；在 运动的波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低（红移red shift）；波源的速度越高，所产生的效应越大。根据波红（蓝）移的程度，可以计 算出波源循着观测方向运动的速度。
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8.1 超声波传感器 8.1.3超声波传感器应用实例 1.超声波流体流量测量
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时间差法测量流量的原理：在被 测管道上、下游的一定距离上，分别 安装两对超声波发射和接收探头（ F1,T1)、（F2,T2），其中F1发射 到T1的超声波是顺流传播的。而F2发 射到T2的超声波是逆流传播的。由于 这两束超声波在液体中传播速度的不 同，测量两接收探头上超声波传播的 时间差，从而可以求出流体的平均速 度，再根据管道流体的截面积，便可 知道流体的流量。
8.1 超声波传感器 8.1.2 超声波探头
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超声波探头结构如图8-4所示， 主要由压电晶片、吸收块（阻尼块） 、保护膜组成。压电晶片多为圆板形 ，厚度为δ。超声波频率f与其厚度 δ成反比。压电晶片的两面镀有银层 ，作导电的极板。阻尼块的作用是降 低晶片的机械品质，吸收声能量。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 声波的脉冲宽度，使分辨率变差。