超声波传感器PPT课件

波型的转换
各种波型均符合几何光学中的反射定律：
cL
sin
cL1 cS1
sin 1 sin 2
cL2
sin
cS2
sin
（7-3）
式角中；，α为入射角，α1、 α2为纵波与横波的反射角， 、 为纵波与横波的折射
cL、cL1、cL2分别为入射介质、反射介质与折射介质内的纵波速度，cs1、cs2分别为 反射介质与折射介质内的横波速度。
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。
各种超声波探头
常用频率范围：0.5~10MHz， 常见晶片直径：5~30mm
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。
便携式超声波 探鱼器
超声波在医学检查中的应用
胎儿的 B超影像
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。
纵波
质点振动方向与波的传播方向一 致的波，它能在固体、液体和气体 介质中传播
质点振动方向垂直于波的传播方向的 横波 波，它只能在固体介质中传播
质点的振动介于横波与纵波之间，沿着
表面波 介质表面传播，其振幅随深度增加而迅速 衰减的波，表面波只在固体的表面传播
纵波
横波
表面波
超声波的波形及其传播速度
Px P0e x
I x I0e2 x
（7-4） （7-5）
式中，P0、I0分别为声源处的声压和声强，P、I分别为距声源 处的声压和声强，为衰减系数，单位为Np/cm（奈培/厘米）
ห้องสมุดไป่ตู้
二、超声波传感器及应用
1 超声波探头
➢ 超声波检测中，首先要把超声波发射出去，然后再 把超声波接收回来，变换成电信号，完成这一工作的 装置就是超声波传感器，也称为超声波换能器或超声 波探头。 ➢ 超声波探头按其作用原理可分为压电式、磁致伸 缩式、电磁式等，其中以压电式最为常用。
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。
➢超声波的传播速度与介质密度和弹性特性有关。以水 为例，当蒸馏水温度在0～74℃时，声速随温度的升高 而增加，在74℃时达到最大值，大于74℃后，声速随 温度的增加而减小。此外，水质、压强等也会引起声速 的变化。 ➢在固体中，纵波、横波及表面波三者的声速间有一定 的关系：通常可认为横波声速为纵波的一半，表面波声 速为横波声速的90%。气体中纵波声速为344m/s，液 体中纵波声速为900～1900m/s。
如果第二介质为液体或气体，则仅有纵波，而不会产生横波和表面波。 （1）纵波全反射：折射波中便只有横波存在 （2）横波全反射：介质的分界面上只传播表面波。
超声波的衰减
声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐
衰减，其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸收等因素 有关。在平面波的情况下，距离声源处的声压和声强 的衰减规律如下：
一、 超声检测的物理基础
振动在弹性介质内的传播称为波动，简称波。频率在16～2×104H z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2×104Hz的机械波，称为超声波，如图7-3所 示。频率在3×108～3×1011Hz之间的波，称为微波。
超声波的波形及其传播速度
2.6 超声波传感器
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，也涉及相关的设备及方法
超声波传感器
一、 超声检测的物理基础 二、 超声波传感器及应用
概述： 1.次声波
声波的分类
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。
波浪
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）
气泡
清洗物
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。
波的反射和折射
声波从一种介质传播到另一种介质时，在两个介质的分界面 上一部分声波被反射，另一部分透射过界面，在另一种介质内 部继续传播。这样的两种情况称为声波的反射和折射。如图7-4 所示。
sin c1（7-2） sin c2
波型的转换
当声波以某一角度入射到第二介质（固体）的界面上时，除 有纵波的反射、折射以外，还会发生横波的反射和折射，如图75所示。
超声波探头
图7-6为压电式探头结构图，它主要由压电晶片、 吸收块（阻尼块）、保护膜、引线等组成。
超声波检测技术的应用
穿透法探伤 根据超声波穿透工件后，能量的变化状况来判断工 件内部质量的方法。 反射法（脉冲回波法）探伤 根据声波在工件中反射的情况不同而探测工件内部 的情形。
超声波换能器及耦合技术
2.可闻声波
美妙的音乐可使人陶醉。
3.超声波
蝙蝠 能发出和 听见超声 波。
蝙蝠依靠超声波捕食
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
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。
超声波塑料 焊接机