《超声波传感器》PPT课件

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液位测试：超声波测量液位的基本原理是：由超声探头
发出的超声脉冲信号，在气体中传播，遇到空气与液体的 界面后被反射，接收到回波信号后计算其超声波往返的传 播时间，即可换算出距离或液位高度。
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石料测量
超 声 波 流 量 计 现 场 使 用
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三角误差 ：当被测物体与传感器成一定角度的时候，所探 测的距离和实际距离有个三角误差。
镜面反射 ：这个问题和高中物理中所学的光的反射是一样 的。在特定的角度下，发出的声波被光滑的物体镜面反射 出去，因此无法产生回波，也就无法产生距离读数。这时 超声波传感器会忽视这个物体的存在。
多次反射 ：这种现象在探测墙角或者类似结构的物体时比 较常见。声波经过多次反弹才被传感器接收到，因此实际 的探测值并不是真实的距离值。
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超声波的种类
超声波的发射方式不同，造成了超声波的种类不同， 大致可分为纵波，纵波（压缩波），横波，表面波，弯曲 波。
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表面波是质点的 振动介于横波与纵波 之间，沿着表面传播 的波。表面波随深度 增加衰减很快。表面 波振动轨迹是椭圆形， 在固体表面传播。
在沿泼进行方向 的中心线上介质粒子 进行横振动，接近介 质表面的粒子进行压 缩、伸张运动。
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根据超声波类型，超声波探头主要由压电晶片组成，既
可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多 作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、 斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头 （兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。
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特性
超声波的衰弱：声波在介质中传播时，随着传播距离的 增加，能量逐渐衰减。另一方面，超声波会被传播的的介 质吸收及散射，从而造成波动能量的损失。一般称为吸收 损失，也称为衰减。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方
面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。 完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声 换能器，或者超声探头。
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工作原理
人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在 20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于 20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几 十MHZ。
超声波传感器应用起来原理简单，也很方便，成本 也很低。但是目前的超声波传感器都有一些缺点，比如， 反射问题，噪音，交叉问题。
如噪音：虽然多数超声波传感器的工作频率为4045Khz，远远高于人类能够听到的频率。但是周围环境也 会产生类似频率的噪音。引起传感器接收到错误的信号。
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反射问题
如果被探测物体始终在合适的角度，那超声波传感器将 会获得正确的角度。但是不幸的是，在实际使用中，很少 被探测物体是能被正确的检测的。其中可能会出现几种误 差：
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：
横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波）。在工业中应用主 要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播， 其传播速度不同。
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超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁 铝合金（磁致伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅 （PZT）等。
压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可 以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超 声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收 器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。
这些问题可以通过使用多个按照一定角度排列的超声波 圈来解决。通过探测多个超声波的返回值，用来筛选出正 确的读数。
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超声波接收器原理
在超声波技术中，除了需要能产生超声波的发生器外， 还需要能接受超声波的接收器。
接收器是利用压力传感器所采用的压电效应的原理，即 在压电元件上施加压力，利用正压电效应进行工作的。他 的结构和超声波发生器基本相同，使压电元件发生应变， 则产生一面为“+ ”极，另一面为“-”极的正弦电压。
压电式超声波接收器是有时就用同一个换能兼做发生和 接受器两种用途。
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压电陶瓷芯片
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超声波传感器主要采用直接反射式的检测模式。位于传 感器前面的被检测物通过将发射的声波部分地发射回传感 器的接收器，从而使传感器检测到被测物。
在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和 超声波测厚两种。
超声波传感器
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原理简述
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感 器。超声波是一种振动频 率高于声波的机械波，由换能
晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波 长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定 向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤 其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超 声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波， 碰到活动物体能产生多普勒效应。
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超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优
点：（1）无任何机械传动部件，也不接触被测 液体，属于非接触式测量，不怕电磁干扰，不怕
酸碱等强腐蚀性液体等，因此性能稳定、可靠性 高、寿命长；（2）其响应时间短可以方便的实 现无滞后的实时测量。
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