超声波传感器资料

聚焦探头
由于超声波的波长很短（毫米数量级），所以 它也类似光波，可以被聚焦成十分细的声束，其直 径可小到1mm左右，可以分辨试件中细小的缺陷， 这种探头称为聚焦探头。
2.可闻声波
美妙的音乐可使人陶醉。
声的频率在20赫兹------20000赫兹之间，响度在0分 贝----110分贝之间，正常人都能听得到，这样的声音称 为可闻声波。
3.超声波
蝙蝠 能发出和 听见超声 波。
频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好， 穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播 距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、 杀菌消毒等。
便携式超声波 探鱼器
超声波在医学检查中的应用
频率高，波长短，衍射不 严重，具有良好的定向性
胎儿的 B超影像
超声波用于高效清洗
超声波清洗机原理主要是通过换能器，将功率超声 频源的声能转换成机械振动，通过清洗槽壁将超声 波辐射到槽子中的清洗液。由于受到超声波的辐射， 使槽内液体中的微气泡能够在声波的作用下从而保 持振动。
第四章 超声波传感器
本章主要学习超声波的物 理特性，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。
概述： 声波的分类 1.次声波
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。
自然界：地震、海上风暴、火山爆发、龙卷风等。 人类活动：核爆炸、导弹飞行、汽车争驰、高楼和大桥摇 晃等。
超声波的传播波型主要可分为 纵波、横波、表面波等几种。
纵波是质点的振动方向与传播方向同轴的波，如声波。
纵波传播是由于介质中各质点发生压缩和拉伸的变形，并 产生使质点回复原状的纵向弹性力而实现的。因此只能在 拉伸压缩的弹性的介质中传播，如声波能在固体、液体、 气体中传播。
横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，
如电磁波。
固体有切变弹性， 所以在固体中能传播 横波，液体和气体没 有切变弹性，因此只 能传播纵波，而不能 传播横波。
表面波是当固体介质表面受到交替变化的表面张力作用时，
质点作相应的纵横向复合振动；此时，质点振动所引起的波 动传播只在固体介质表面进行，故称表面波。表面波是横波 和纵波的复合， 属于机械波。
气泡
清洗物
波浪
超声换能器
第一节 超声波物理基础
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。
超声波的波型分类
当声压或者声强受到压力到达一定程度时候，气泡 就会迅速膨胀，然后又突然闭合。在这段过程中， 气泡闭合的瞬间产生冲击波，使气泡周围产生10121013Pa的压力及局调温，这种超声波空化所产生的 巨大压力能破坏不溶性污物而使他们分化于溶液中。
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）
蝙蝠依靠超声波捕食
在振幅相同的条件下，一个物体振 动的能量与振动频率成正比，超声波在 介质中传播时，介质质点振动的频率很 高，因而能量很大。且可以被聚焦，具 有能量集中的特点会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇
把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气湿度，这就是超声波加 湿器的原理
焦距范围：5~40mm, 频率范围：2.5~5MHz， 钢中折射角：45 ~70
接触法双晶斜探头（续）
水浸探头
（是一种单晶纵波探头，带有一个在声学特性上与水相配的 1/4波长的层。这种探头是为使超声波在部分或全部浸在水 中的被测工件中传播而特别设计的。）
选择声透镜形状，可决定聚 焦形式为点聚焦或线聚焦。
陶瓷压电逆效应
各种超声波探头
（以下参考常州市常超检测设备有限公司资料）
常用频率范围：0.5~10MHz， 常见晶片直径：5~30mm
接触式直探头 （纵波垂直入射 到被检介质）
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。
接插件
接触式 直探头原理
超声脉冲电压
输入端
接地端
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。
各种接触式斜探头
常用频率范围：1~5MHz
第二节 超声波换能器及耦合技术
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。
自发极化可以在外电场的作用下发生转变。因此当给具有压电性的电介质加上 外电场时会发生变化, 压电陶瓷会有变形。然而, 压电陶瓷会有变形, 是因为当 加上与自发极化相同的外电场时, 相当于增强了极化强度。极化强度的增大使 压电陶瓷片沿极化方向伸长。如果加反向电场,则陶瓷片沿极化方向缩短。这种 由于电效应转变成机械效应的现象是逆压电效应。
接触法双晶直探头
发射晶片 接收晶片
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。 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。
各种双晶直探头
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。利用高频振动波传递到两个需焊 接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而 形成分子层之间的熔合。能用于集成电路及塑料的焊接。
超声波塑料 焊接机
超声波金丝 焊接机
超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在 遇到两种介质的分界面时，能产生明显的反射和 折射现象，这一现象类似于光波。