超聲波微波傳感器

1、四、超聲波傳感器 超聲波是機械波的一種，它是一種在彈性介質中的機械振蕩，是由與介質相接觸的振蕩所引起的。通常把機械振動在介質中的傳播過程稱為機械波或波動，也稱為彈性波或聲波。 （一） 超聲波的傳播速度 1、超聲波及其波型（1）縱波 質點振動方向與波的傳播方向一致的波；縱波能在固體、液體、氣體中傳播。（2）橫波 質點振動方向垂直于傳播方向的波；橫波只能在固體中傳播。（3）表面波 質點的振動介于縱波與橫波之間沿著表面?zhèn)鞑サ牟ū砻娌ㄖ荒茉诠腆w表面?zhèn)鞑?（4）蘭姆波 蘭姆波只產生在大約一個波長的薄板內，在板的兩表面和中部都有質點的振動，聲場遍及整個板的厚度。蘭姆波沿著板的兩表面及中部傳播， 12、超聲

2、波的傳播速度（1）氣體和液體中的聲速。由于氣體和液體中剪切模量為零，因而在氣體和液體中沒有橫波，只能傳播縱波液體的縱波聲速C為氣體的縱波聲速C為（2）、固體中的聲速。在固體中，其傳播速度分為三種情況：縱波聲速；在固體中，當固體是細棒時，聲速為 當固體是薄板時，聲速為如果是無限介質，則聲速為橫波聲速；對于無限介質的固體，其橫波聲速為表面波聲速2（二） 超聲波 的物理性質 1、超聲波的反射和折射當聲波從一種介質傳播到另一種介質時，在兩介質的分界面上，一部分能量反射回原介質，稱為反射波；另一部分能量透射過界面，在另一個介質內部繼續(xù)傳播，稱為折射波。如圖1214所示（1）反射定律 入射角與反射角，的正

3、弦之比等于入射波與反射波的速度之比（2）折射定律 入射角的正弦與折射角的正弦之比等于介質1中入射波的波速C1與介質2中折射波的波速C2之比。 3 2、超聲波的衰減 在平面波的情況下，距離聲源X處的聲壓PX和聲強IX的衰減規(guī)律如下： PX=P0e-x IX=I0e-2x 3、超聲波的波型轉換 當超聲波以某一角度入矩到第二介質（固體）界面時，除有縱波的反射波、折射波以外，還有橫波的反射和折射，如圖1215所示。在一定條件下，還能產生表面波。它們符合幾何光學中的反射定律。4（三） 超聲波傳感器超聲波傳感器是實現(xiàn)聲電轉換的裝置，又稱為超聲波換能器或超聲波探頭。超聲波傳感器分為發(fā)射換能器和接收換能器，其

4、中發(fā)射換能器作用是把其它形式的能量轉換成超聲波的能量；接收換能器的作用是把超聲波的能量轉換成易于檢測的電能量。超聲波探頭按其結構可分為直探頭、斜探頭、雙探頭和液浸探頭。 超聲波傳感器按工作原理又可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等 圖1216為壓電式探頭 ；圖1217為磁致伸縮探頭。5（四） 超聲波檢測技術的應用 2、超聲波測液位圖示1219所示為脈沖回波式 測量液位的工作原理圖。圖1220所示為超聲波定點式液位計， 1、超聲波測厚儀利用超聲波檢測厚度的方法有共振法、干涉法、脈沖回波法等。圖1218為脈沖回波法檢測厚度的原理圖。 63、超聲波探傷圖1221所示為用透射法檢測金屬材料內部缺陷。圖1

5、222所示的方法對板材進行檢測，圖1223所示為脈沖回波式探傷儀原理圖。74、超聲波測溫（1）脈沖傳播時間測量法。如圖1224所示。 （2）脈沖回嗚法如圖1225所示。（3）相位比較測量法 圖1226為相位比較法測量原理圖。 8 5、聲納聲納（Sonar）是一種水聲學儀器。它的聲音發(fā)射器發(fā)出的聲波或超聲波在水中的傳播，當遇到 障礙物時發(fā)生反射，經(jīng)聲音接收器接收，通過信號處理能測知障礙物的位置和距離。 6、超聲波測流量（流速）超聲波在靜止和流動的液體中的傳播速度是不同的，進而形成傳播時間和相位上的變化，由此可求得液體的流速和流量。圖1228所示為超聲波測流體流量的工作原理圖。 96、超聲波測流量

6、（流速） 有以下幾種方法 ：（1）時差法測流速（2）相位差法測流速（3）頻率差法測流速 7、油井超聲波成像測試超聲電視測井系統(tǒng)是利用一個旋轉的超聲探頭向井壁發(fā)射超聲脈沖，檢測回波的強弱進行調制成像。整個系統(tǒng)包括現(xiàn)場測試設備和室內圖像處理設備兩大部分?，F(xiàn)場測試設備的原理框圖如圖1229所示。108、超聲波診斷儀（1）振幅（Amplitude）型超聲波診斷儀振幅型超聲波診斷儀即A超，其原理如圖1230所示，（2）超聲波心動圖儀。又稱為M型超聲診斷儀或超聲波心動圖儀。如圖1231所示， （3）B型超聲波診斷儀。B超接收兩種信號：一為超聲回波的強度信息，二是超聲探頭的位置信息。 超聲診斷描述的主要性能

7、參數(shù)：分辨力 ；穿透深度 ；工作頻率 ；幀頻 11五、 微波傳感器 （一） 微波的基礎知識微波對于波長較長的電磁波具有下列特點：（1）空間輻射裝置容易制造；（2）遇到各種障礙物易于反射；（3）繞射能力差；（4）傳輸特性良好，傳輸過程中受煙、灰塵、強光等影響??；（5）介質對微波的吸收與介質的介電常數(shù)成比例，水對微波的吸收作用最強。常用的天線有喇叭形天線、拋物面天線、介質天線與隙縫天線等，如圖1233所示。12（二） 微波傳感器 微波傳感器可分為反射式與遮斷式兩種。1、反射式傳感器 ；2、遮斷式傳感器 微波傳感器具有如下優(yōu)點：（1）測量具有非接觸性，可以進行活體檢測，大部分測量不需要取樣。（2）快

8、速，靈敏度高，捕捉信息快，可以進行動態(tài)檢測和適時處理，進而實現(xiàn)自動控制。（3）能夠在高溫、高壓、有毒、放射性以及惡劣天氣等惡劣環(huán)境下檢測。（4）輸出信號不需要變換，便于與計算機接口。（5）輸出信號可以方便地調制在載波信號上進行無線發(fā)射與接收，從而實現(xiàn)遙測與遙控。微波傳感器由微波源MS、轉換器T和接收器R組成，如圖1234所示。 13（三） 微波傳感器的應用1、微波測厚儀圖1235為微波測厚儀原理圖。該測厚儀利用微波在傳播過程中遇到金屬表面會被反射，且反射波的波長和速度都不變的特性進行測量。 2、微波濕度（水分）傳感器圖1236示出了一臺測量酒精含水量的儀器方框圖， 143、微波液位計圖1237為微波液位計示意圖。 4、微波式物位計微波開關式物位計示意圖如圖1238所示。 5、微波多普勒傳感器利用多普勒效應可以