最新09工程测试技术第三章第四讲

声功率
声功率(W)是声源在单位时间内发射出的总能量， 单位是W。
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3.10 超声波检测传感器
超声波传感器原理
华中科技大学机械学院
✓ 超声波发射原理：把铁磁材料置于交变磁场中， 产生机械振动，发射出超声波。
✓ 接收原理：当超声波作用在磁滞材料上时，使 磁滞材料磁场变化，使线圈产生感应电势输出。
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3.10 超声波检测传感器
highest lateral resolution resolution >250 µm
highest z resolution
250 µm
investigation time wafer 3 min
XRAY Topopgraphy
>1 µm
>2 µm
several hours
SAM
>5 µm
>5 nm
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超声波检测的特点
无损检测 可做非破坏性的缺陷检测，是目前
最常用的无损检测手段之一；
纵向(Z)方向具有高检测分辨本 领对于Z 方向的缺陷分辨率可以 达到nm级水平(指缺陷厚度)；
材料的力学性能检测 由于材料密度决定了声阻抗，因此
可以通过高频超声检测得到材料 密度的分布，从而推导出应力场， 裂纹变化趋势等材料的力学性能；
声波在纵向方向的传播
Appear in liquids, gases and solids
出现在液体，气体和固体内
Shear waves 剪切波
Raleigh waves 瑞利波
Transversal components 声波在横向方向上的部分
Wave propagation in surface regions 在物体表面上传播的声波
超声波传感器对
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3.10 超声波检测传感器
超声波传感器应用
超声波探伤/测距/测物
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A t
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声纳
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B-超
超声波探伤 超声波显微镜
频率范围： 》500KHz 分辨率范围： m－cm 应用领域：航海测绘等
频率范围： 1 MHz 分辨率范围：cm－mm 应用领域：医疗诊断等
超声波根据其介质分子的振动方向和传播方向的不同，分 为纵波和横波二种。
纵波
横波
波的传播方向 分子振动方向
波的传播方向 分子振动方向
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超声波的传播方式
Longitudinal waves 纵波
Normal sound propagation in longitudinal direction
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X-光检测图像
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超声波扫描显微镜检测图像
X-光检测适用于检测内部的结构性情况，比如 IC 集成电路内 部的金线分布等，但并不能检测芯片与基底之间粘接层的缺陷， 超声波扫描显微镜主要适用与检测这些粘接层或其他界面之前 的缺陷。
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Technology IR
2-8 min
Magic Mirror
>1 mm
0,25 mm
3 min
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材料的密度及晶格组织分布
材料内部的裂纹
材料内部分 层缺陷，夹 杂物等
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材料的杂质颗粒， 夹杂物，沉淀物 等
材料的空 洞，气泡， 间隙等
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X-光检测图像
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超声波扫描显微镜检测图像
X-光检测适用于检测内部的结构性情况，比如 IC 集成电路内 部的金线分布等，但并不能检测芯片与基底之间粘接层的缺陷， 超声波扫描显微镜主要适用与检测这些粘接层或其他界面之前 的缺陷。
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3.9 气敏电阻传感器
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燃气报警器
烟雾报警器
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3.9 气敏电阻传感器
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酒精传感器
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第3章 传感器原理及应用基础
3.10、超声波检测传感器 1)声波及其分类
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(1)次声波，振动频率低于l6Hz的机械波。 (2)声波:振动频率在16Hz―20KHz之间的机械波。 (3)超声波:高于20KHz的机械波。
频率范围: 100 KHz–15MHz 分辨率范围： 0.01- 5 mm 应用领域：工业探伤等
频率范围: 5–2000MHz 分辨率范围: 0.3-100μm 应用领域：电子工业等
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超声波与电磁波不同，是一种机械波，其传播的方式是通 过介质中分子的振动进行的，因此超声波的传播情况和介 质具有非常大的关系，通常来说，介质的密度越大超声波 传播的速度越快，衰减也越低，在稀薄的空气中，超声波 无法传播。
Only in solids 只出现在固体内
Only in solids 只出现在固体内
Lamb waves 兰姆波
Wave propagation along thin layers 声波沿薄形界面的传播
Only in solids 只出现在固体内
所有介质具有不同的声阻抗，声阻抗参数代表了超声波在其 介质中的传播能力，材料的声阻抗Z和材料的密度 以及超 声波的传播速度 v 成正比: Z = • v
2）超声波的物理性质
超声波与声波比，振动频率高，波长短，具有 束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远 远大于振幅相同的声波，并具有很高的穿透能力。
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3பைடு நூலகம்10 超声波检测传感器
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声压
所谓声压，是指某点上各瞬间的压力与大气压力 之差值，单位为Pa，1Pa =1N/m2。
声强
声强是声波在传播方向上单位时间内通过单位 面积的能量，单位为W/m2。
烟雾报警器
酒精传感器
二氧化碳传感器
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3.9 气敏电阻传感器
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气敏传感器是利用气敏半导体材料，如氧化锡、 氧化锰。当它们吸收了气体烟雾，如一氧化碳、醇 等时，电阻发生变化。从而使气敏元件电阻值随被 测气体的浓度改变而变化。
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3.9 气敏电阻传感器
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3.9 气敏电阻传感器
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09工程测试技术第三章第四讲
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第3章 传感器原理及应用基础
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3.9、气敏电阻传感器
气体与人类日常生活密切相关，对气体的检 测已经是保护和改善生态居住环境不可缺少手段， 气敏传感器发挥着极其重要的作用。
如生活环境中一氧化碳浓度达0.8～1.15 ml/L 时，就会出现呼吸急促，脉搏加快，甚至晕厥。还 有易燃、易爆气体、酒精等的探测。