機械儀表超聲波傳感器

機械儀表超聲波傳感器第1頁/共134頁第七章超聲波傳感器本章介紹超聲波的物理基礎(chǔ)，超聲波換能器的分類、結(jié)構(gòu)，耦合技術(shù)等，介紹超聲波在檢測技術(shù)中的應(yīng)用，也涉及無損探傷的原理、方法及設(shè)備。第2頁/共134頁2023/4/1437.1超聲波物理基礎(chǔ)7.2超聲波換能器及耦合技術(shù)7.3超聲波傳感器的應(yīng)用7.4無損探傷第七章超聲波傳感器目錄進入進入進入進入第3頁/共134頁第一節(jié)超聲波的物理基礎(chǔ)

聲波的分類：次聲波、可聞聲波與超聲波。

頻率高于20kHz的機械振動波稱為超聲波。超聲波的特性：指向性好，能量集中。1MHz的超聲波的能量,相當(dāng)于振幅相同,頻率為1000Hz可聞聲波的100萬倍,能穿透幾米厚的鋼板,而能量損失不大。在遇到兩種介質(zhì)的分界面(例如鋼板與空氣的交界面)時,能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象。第4頁/共134頁2023/4/145第5頁/共134頁2.可聞聲波（20Hz~20kHz）

美妙的音樂可使人陶醉。

280Hz~2560Hz頻率段稱為中高聲頻。小提琴約有四分之一的較高音域在此頻段。第6頁/共134頁3.超聲波蝙蝠能發(fā)出和聽見超聲波。第7頁/共134頁蝙蝠依靠超聲波定位第8頁/共134頁超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點。

超聲波霧化器

超聲波加濕器第9頁/共134頁

壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下，可得到較大功率的超聲波，可以被聚焦，能用于集成電路及塑料的焊接。

超聲波塑料焊接機第10頁/共134頁超聲波金絲焊接機第11頁/共134頁

超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質(zhì)的分界面時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，這一現(xiàn)象類似于光波。便攜式超聲波探魚器第12頁/共134頁超聲波在醫(yī)學(xué)檢查中的應(yīng)用胎兒的B超影像第13頁/共134頁大功率超聲波用于高效清洗當(dāng)強的聲波信號作用于液體時，則會對液體產(chǎn)生一定的正壓，即液體體積被壓縮減小，液體中形成的微小氣泡被壓碎。每個氣泡的破裂會產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達上千個大氣壓的壓力，這種現(xiàn)象被稱之為“空化作用”，超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來達到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。超聲清洗多用于半導(dǎo)體、機械、玻璃、醫(yī)療儀器等行業(yè)。第14頁/共134頁超聲波清洗原理及清洗器

超聲換能器氣泡波浪清洗物第15頁/共134頁第一節(jié)超聲波物理基礎(chǔ)

頻率高于20kHz的機械振動波稱為超聲波。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大，能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。在遇到兩種介質(zhì)的分界面（例如鋼板與空氣的交界面）時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，超聲波的頻率越高，其聲場指向性就愈好。第16頁/共134頁超聲波的波型分類

1－超聲波發(fā)生器2－鋼材縱波縱波質(zhì)點的運動方向表面波在鋼材表面的傳播縱波在鋼材中的傳播

橫波

第17頁/共134頁縱波（疏密波）縱波。在介質(zhì)中傳播時，

波的傳播方向與質(zhì)點振動方向一致。第18頁/共134頁橫波

橫波也稱“凹凸波”，是介質(zhì)粒子振動方向和波行進方向垂直的一種波。也稱S波,若此波沿著x軸移動，則振動方向為與x軸垂直的方向上。第19頁/共134頁表面波能量集中于表面附近的彈性波。地震學(xué)、天文學(xué)、雷達通信及廣播電視中的信號處理、航空航天、石油勘探和無損檢測等。第20頁/共134頁超聲波的指向角幾種常用材料的聲速與密度、聲阻抗的關(guān)系（環(huán)境溫度為0℃）材料密度聲阻抗縱波聲速橫波聲速ρ/103kg·m-1Z

/MPa·s·m-1cL/km·s-1cS/km·s-1鋼7.74605.93.2銅8.94204.72.2鋁2.71706.33.1有機玻璃1.18322.71.20甘油1.27241.9—水(20℃)1.014.81.48—機油0.912.81.4—空氣0.00124×10-30.34—第21頁/共134頁2023/4/1422超聲波的指向角超聲波聲源發(fā)出的超聲波束以一定的角度逐漸向外擴散，聲場指向性及指向角如圖所示。在聲束橫截面的中心軸線上，超聲波最強，且隨著擴散角度的增大而減小。指向角θ（單位為rad）與超聲源的直徑D以及波長λ之間的關(guān)系為第22頁/共134頁超聲波入射角與反射角、折射角Pc－入射波α－入射角Pr－反射波αr－反射角Ps－折射波β－折射角第23頁/共134頁超聲波的反射定律超聲波入射角α的正弦與反射角α

r的正弦之比，等于入射波所處介質(zhì)的聲速c1與反射波所處介質(zhì)的聲速cr之比，即：sinα/sinαr=c1/cr如果出射波的波型與入射波的波型都是縱波，則αr=α。第24頁/共134頁超聲波的折射定律入射角α的正弦與折射角β的正弦之比，等于超聲波在入射波所處介質(zhì)1的聲速c1與折射波所處介質(zhì)2中的傳播速度cs之比，即sinα/sinβ

=

c1

/cs在上圖中，折射角大于入射角，說明第二介質(zhì)的聲速cs大于第一介質(zhì)的聲速c1（與密度有關(guān)）。第25頁/共134頁超聲波的反射率與折射率

當(dāng)聲波垂直入射到光滑的界面上時的示意圖如圖所示，入射聲壓pi、反射聲壓pr、透射聲壓pd三者之間滿足如下關(guān)系：pi+

pr=

pd反射波和透射波聲壓的比例與組成界面的兩種介質(zhì)的聲阻抗Z有關(guān)。界面一側(cè)的總聲壓等于另一側(cè)的總聲壓，壓強處于平衡狀態(tài)。將反射聲壓pr與入射波聲壓pi之比稱為聲壓反射率γ。

與此對應(yīng)，透射波聲壓pd與入射波聲壓pi之比稱為聲壓透射率d：Z1——介質(zhì)1的聲阻抗；Z2——介質(zhì)2的聲阻抗第26頁/共134頁超聲波的反射率與折射率的討論

1）當(dāng)介質(zhì)1與介質(zhì)2的聲阻抗相等或十分接近時，γ=0，d=1。即不產(chǎn)生反射波，可以視為全透射。2）當(dāng)超聲波從聲阻抗（Z1）低的介質(zhì)射向聲阻抗（Z2）高的介質(zhì)時，反射聲壓pr與入射聲壓pi相位相同，但透射聲壓pd卻大于入射聲壓pi（能量仍然守恒）

。3）當(dāng)超聲波從聲阻抗（Z1）大的介質(zhì)射向聲阻抗（Z2）小的介質(zhì)時，反射聲壓pr與入射聲壓pi相位相反，且透射聲壓pd小于入射聲壓pi。第27頁/共134頁例：當(dāng)超聲波從水中入射到鋼板與水的界面時，求反射率γ、透射率d。解

查表7-1可得，Z水=14.8MPa·s·m-1，Z鋼=460MPa·s·m-1，則有

以上計算說明，超聲波從聲阻抗小的材料（密度通常也較?。?，入射到聲阻抗大的材料（密度通常也較大，例如鋼）時，透射聲壓反而增大。本例中，透射率d高達193.8%，而反射率也較大，γ達93.8%，必須予以吸收，才不至于造成干擾。注：透射聲強Id仍然小于入射聲強Ii，而且遵守能量守恒定律：I

d+I

r

=Ii第28頁/共134頁

水浸探頭在水中將超聲波耦合到

鋼板中的反射率與透射率

第29頁/共134頁水浸探頭在水中將超聲波耦合到鋼板中的反射率與透射率

例：上例中，當(dāng)超聲波已經(jīng)在鋼板中傳播了一段距離l，并到達鋼板底面時，若底面是鋼、水界面，再求反射率γ2及透射率d2。解：與上題相反，Ｚ2＝Ｚ水，Ｚ1＝Ｚ鋼，所以有：以上計算表明，超聲波從聲阻抗大的材料透射到聲阻抗小的材料時，聲壓的大部分被反射。本例中，反射率γ高達93.8%，透射到水中的聲壓pd1只有6.2%。如果鋼板的底面是與空氣交界時，則泄漏量就更小了。超聲波的這一特性有利于金屬探傷和測厚。第30頁/共134頁超聲波在介質(zhì)中的衰減

以固體介質(zhì)為例，設(shè)超聲波進入介質(zhì)時的聲強為Ii，通過一定距離x的介質(zhì)后的聲強衰減為Ix，衰減系數(shù)為K，則有：Ix=

Iie

-K

x介質(zhì)的晶粒越粗或密度越小，K就越大，衰減就越快；頻率越高，衰減也越快。氣體的密度很小,因此衰減較快，因此在空氣中傳導(dǎo)的超聲波的頻率選得較低，約數(shù)十千赫。而在固體、液體中則選用較高的超聲頻率（MHz數(shù)量級）。

1－超聲探頭2－耦合劑3－試件4－被測試點第31頁/共134頁

第二節(jié)超聲波換能器及耦合技術(shù)

a）單晶直探頭b）雙晶直探頭c）斜探頭1－接插件2－外殼3－阻尼吸收塊4－引線5－壓電晶體6－保護膜7－隔離層8－延遲塊9－有機玻璃斜楔塊10－耦合劑11－試件回目錄第32頁/共134頁

超聲波換能器（超聲探頭）的外形超聲波換能器又稱超聲波探頭。超聲波換能器的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等數(shù)種，在檢測技術(shù)中主要采用壓電式。超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、高溫探頭、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專用探頭等。

第33頁/共134頁各種超聲波探頭常用頻率范圍：0.5~10MHz，常見晶片直徑：5~30mm接觸式直探頭（縱波垂直入射到被檢介質(zhì)）

外殼用金屬制作，保護膜用硬度很高的耐磨材料制作，防止壓電晶片磨損。

保護膜接插件第34頁/共134頁接觸式直探頭原理超聲脈沖電壓輸入端

接地端保護膜被測物上表面耦合劑第35頁/共134頁接觸式斜探頭（橫波、瑞利波或蘭姆波探頭）

壓電晶片粘貼在與底面成一定角度（如30、45等）的有機玻璃斜楔塊上，當(dāng)斜楔塊與不同材料的被測介質(zhì)（試件）接觸時，超聲波將產(chǎn)生一定角度的折射，傾斜入射到試件中去，可產(chǎn)生多次反射，而傳播到較遠處去。底部耐磨材料接插件第36頁/共134頁2023/4/1437瑞利波和蘭姆波

瑞利波：一種界面彈性波。是沿半無限彈性介質(zhì)自由表面?zhèn)鞑サ钠癫?。由L.瑞利于1887年首先指出其存在而得名。地震學(xué)中稱其為R波或L波。在表層附近，質(zhì)點的運動軌跡為橢圓；在離表面為0.2個波長的深度以下，其運動軌跡仍為橢圓,但運動方向與表層相反。蘭姆波：因物體兩平行表面所限而形成的縱波與橫波組合的波，它在整個物體內(nèi)傳播，質(zhì)點作橢圓軌跡運動。多用于金屬薄板的無損探傷。選擇較短波長的蘭姆波有利于缺陷的檢出。第37頁/共134頁各種接觸式斜探頭常用頻率范圍：1~5MHz第38頁/共134頁接觸法雙晶直探頭

將兩個單晶探頭組合裝配在同一殼體內(nèi)，其中一片發(fā)射超聲波，另一片接收超聲波。兩晶片之間用一片吸聲性能強、絕緣性能好的薄片加以隔離。雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜些，但檢測準(zhǔn)確度比單晶直探頭高，且超聲信號的反射和接收的控制電路簡單。

發(fā)射晶片接收晶片第39頁/共134頁各種雙晶直探頭

焦距范圍：5~40mm,頻率范圍：2.5~5MHz，在鋼中的折射角：45~70

第40頁/共134頁接觸法雙晶斜探頭（續(xù)）第41頁/共134頁

水浸探頭

（可用自來水作為耦合劑）

選擇聲透鏡形狀，可決定聚焦形式為點聚焦或線聚焦。第42頁/共134頁聚焦探頭

由于超聲波的波長很短（毫米數(shù)量級），所以它也類似光波，可以被聚焦成十分細的聲束，其直徑可小到1mm左右，可以分辨試件中細小的缺陷，這種探頭稱為聚焦探頭。聚焦探頭采用曲面晶片來發(fā)出聚焦的超聲波；也可以采用兩種不同聲速的塑料來制作聲透鏡；也可以利用類似光學(xué)反射鏡的原理制作聲凹面鏡來聚焦超聲波。第43頁/共134頁聚焦探頭原理及外形水浸聚焦探頭第44頁/共134頁超聲波探頭中的壓電陶瓷芯片

將數(shù)百伏的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應(yīng)，使晶片發(fā)射出持續(xù)時間很短的超聲振動波。當(dāng)超聲波經(jīng)被測物反射回到壓電晶片時，利用壓電效應(yīng)，將機械振動波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。第45頁/共134頁2023/4/1446第46頁/共134頁超聲波探頭不能直接在被測物表面摩擦，

必須在探頭和被測物表面之間加入耦合劑第47頁/共134頁耦合劑的

種類和選擇

超聲探頭與被測物體接觸時，探頭與被測物體表面間存在一層空氣薄層，空氣將引起三個界面間強烈的雜亂反射波，造成干擾，并造成很大的衰減。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉。在工業(yè)中，經(jīng)常使用耦合劑，使之充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有自來水、機油、甘油、膠水、化學(xué)漿糊等。第48頁/共134頁空氣超聲探頭

a）

超聲發(fā)射器b）超聲接收器

1—外殼2—金屬絲網(wǎng)罩3—錐形共振盤4—壓電晶片5—引腳6—阻抗匹配器7—超聲波束

第49頁/共134頁空氣超聲探頭（續(xù)）

第50頁/共134頁空氣超聲探頭外形第51頁/共134頁空氣超聲探頭外形（續(xù)）第52頁/共134頁空氣傳導(dǎo)超聲波電脈沖發(fā)生器第53頁/共134頁第三節(jié)超聲波傳感器的應(yīng)用

當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測物兩側(cè)時，這種類型稱為透射型。透射型可用于遙控器、防盜報警器、接近開關(guān)等。超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型。反射型超聲波傳感器可用于接近開關(guān)、測距、測液位或物位、金屬探傷以及測厚等?；啬夸浀?4頁/共134頁超聲波傳感器應(yīng)用舉例

第55頁/共134頁超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）

第56頁/共134頁超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）質(zhì)量檢查緊固件的安裝錯誤檢測第57頁/共134頁疊放高度測量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）第58頁/共134頁超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）物件放置錯誤檢測第59頁/共134頁超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）透明塑料張力控制第60頁/共134頁機械手定位超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）第61頁/共134頁紙卷直徑檢測超聲波傳感器

應(yīng)用舉例（續(xù)）第62頁/共134頁平整度測量超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)）第63頁/共134頁超長距離檢測超聲波傳感器

應(yīng)用舉例（續(xù)）第64頁/共134頁流水線計數(shù)超聲波傳感器

應(yīng)用舉例（續(xù)）第65頁/共134頁超聲波流量計

F1發(fā)射的超聲波先到達

T1F2發(fā)射的超聲波后到達

T2第66頁/共134頁測量流量原理分類

時間差法測量流量原理：在被測管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對超聲波發(fā)射和接收探頭（F1，T1）、（F2，T2），其中F1，T1的超聲波是順流傳播的，而F2，T2的超聲波是逆流傳播的。由于這兩束超聲波在液體中傳播速度的不同，測量兩接收探頭上超聲波傳播的時間差t，可得到流體的平均速度及流量。第67頁/共134頁F1發(fā)射的超聲波到達

F2的時間較短第68頁/共134頁

頻率差法測量流量原理：

F1、F2是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過電子開關(guān)的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器與接收器用。首先由F1發(fā)射出第一個超聲脈沖，它通過管壁、流體及另一側(cè)管壁被F2接收，此信號經(jīng)放大后再次觸發(fā)F1的驅(qū)動電路，使F1發(fā)射第二個聲脈沖。緊接著，由F2發(fā)射超聲脈沖，而F1作接收器，可以測得F1的脈沖重復(fù)頻率為f1。同理可以測得F2的脈沖重復(fù)頻率為f2。順流發(fā)射頻率f1與逆流發(fā)射頻率f2的頻率差

f與被測流速v成正比。F2F1第69頁/共134頁

頻率差法測量流量分析過程首先由F1順流發(fā)射出第一個超聲脈沖，它通過管壁、流體及另一側(cè)管壁，被F2接收，F(xiàn)2的輸出電壓經(jīng)放大后，再次觸發(fā)F1的驅(qū)動電路，使F1發(fā)射第二個聲脈沖，以此類推。在第一個時間段t1里，F(xiàn)1的脈沖重復(fù)頻率為式中α

——超聲波束與流體的夾角；

v

——流體的流速；

D

——管道的直徑第70頁/共134頁

頻率差法測量流量過程分析（續(xù)）在緊接下去的另一個相同的時間間隔t2(t2=t1)內(nèi),與上述過程相反,由F2逆流發(fā)射超聲脈沖,而F1接收脈沖?？梢詼y得F2的脈沖重復(fù)頻率為：若不考慮管道的壁厚，則超聲脈沖的重復(fù)頻率差Δ

f與流速v成正比：而與聲速無關(guān)，減小了溫漂。頻率法測得的流速v約等于管道截面的平均流速，所以體積流量qV為：第71頁/共134頁

多普勒法測量流量所謂多普勒效應(yīng)（Dopplereffect）是指運動物體迎著波源運動時，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高；當(dāng)運動物體背著波源運動時，會產(chǎn)生相反的效應(yīng)。物體的速度越快,所產(chǎn)生的頻偏效應(yīng)就越大。產(chǎn)生的頻偏fd與波源、移動物體兩者之間的相對速度v及方向有關(guān)。多普勒效應(yīng)廣泛存在于光波(電磁波)、聲波等物理現(xiàn)象中。第72頁/共134頁多普勒效應(yīng)

前進方向的頻率升高如果波源和觀察者之間有相對運動，那么觀察者接收到的頻率和波源的頻率就不相同了，這種現(xiàn)象叫做多普勒效應(yīng)。測出f就可得到運動速度。第73頁/共134頁水波的多普勒效應(yīng)示意波源向左運動時，前進方向的波長變短，頻率升高波源向右運動時，右側(cè)表面波被壓縮第74頁/共134頁2023/4/1475多普勒效有關(guān)波形.第75頁/共134頁

多普勒法測量流量示意圖第76頁/共134頁

多普勒法測量流量的計算超聲探頭F1向流體發(fā)出頻率為f1的連續(xù)超聲波，照射到液體中的散射體（懸浮顆?；驓馀荩?。v為散射體的運動速度，散射的超聲波產(chǎn)生多普勒頻移fd，接收探頭F2接收到頻率為f2的超聲波：多普勒頻移fd正比于散射體的流動速度v：

折算出平均流速，再乘以管道的截面積A，才等于被測體積的流量。

當(dāng)被測雜質(zhì)斷斷續(xù)續(xù)時，就必須在放大電路之后，引入鎖相環(huán)，鎖存住粒子斷續(xù)之前的fd。第77頁/共134頁

發(fā)射、接收探頭也可以安裝在管道的同一側(cè)第78頁/共134頁同側(cè)式超聲波流量計的使用

（參考北京菲波儀表有限公司資料）第79頁/共134頁超聲波流量計現(xiàn)場使用第80頁/共134頁超聲波流量計現(xiàn)場使用第81頁/共134頁超聲波的多普勒效應(yīng)可以用于測量車速

現(xiàn)在更多地使用高頻雷達電子測速第82頁/共134頁超聲波多普勒測量風(fēng)速順風(fēng)方向（頻率增加）

不同的風(fēng)向引起兩對超聲波的頻率變大或變小。經(jīng)過單片機計算可以得到風(fēng)速和風(fēng)向。發(fā)射器接收器發(fā)射器接收器第83頁/共134頁超聲波測距空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達被測物時，被反射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間t，再乘以空氣的聲速（340m/s），就是超聲脈沖在被測距離所經(jīng)歷的路程，除以2就得到距離。

第84頁/共134頁超聲波測厚

雙晶直探頭中的壓電晶片發(fā)射超聲振動脈沖，超聲脈沖到達試件底面時，被反射回來，并被另一只壓電晶片所接收。只要測出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間t，再乘以被測體的聲速常數(shù)c，就是超聲脈沖在被測件中所經(jīng)歷的來回距離，再除以2，就得到厚度：第85頁/共134頁手持式超聲波測厚儀第86頁/共134頁手持式超聲波

測厚儀（續(xù)）第87頁/共134頁手持式超聲波

測厚儀（續(xù)）金屬構(gòu)件測厚第88頁/共134頁某超聲波測厚儀指標(biāo)

顯示方法∶128×32LCD點陣液晶顯示（帶背光）

顯示位數(shù)：四位

測量范圍：0.8~200mm示值精度：0.1mm

聲速范圍：1000~9999m/s測量周期：2次/s自動關(guān)機時間：90s電源：二節(jié)七號（AAA）電池可連續(xù)工作不少于72h使用溫度：-10~40℃存儲溫度：-20~70℃外形尺寸：108×61×25mm重量：230g（含電池）第89頁/共134頁超聲波測厚（續(xù)）石料測厚第90頁/共134頁超聲波手持式測厚混凝土測厚木材測厚小提琴木料測厚第91頁/共134頁雙晶超聲波測厚探頭第92頁/共134頁雙晶超聲波測厚探頭（續(xù)）第93頁/共134頁2023/4/1494利用空氣傳導(dǎo)的超聲波發(fā)射器向下發(fā)射一個短時脈沖，單片機立即轉(zhuǎn)向等待反射波。當(dāng)另一個空氣傳導(dǎo)的超聲波探頭接收到反射波后并經(jīng)放大后，單片機立即響應(yīng)中斷，處理中斷子程序。計算出發(fā)射到接收的時間t，按右式計算出探頭與人體頭部之間的距離x，就可以得到人的身高h。應(yīng)變測重傳感器器安裝在腳底部的踏板上。超聲波非接觸式測量人的身高

原理示意圖xh第94頁/共134頁2023/4/1495單片機可以扣除頭發(fā)的影響，但皮鞋的高度較難自動扣除第95頁/共134頁2023/4/1496超聲波測量人的身高的參考電路.第96頁/共134頁2023/4/1497超聲波測量人的身高設(shè)備的外形及流程圖.第97頁/共134頁超聲波測量液位和物位原理在液罐上方安裝空氣傳導(dǎo)型超聲發(fā)射器和接收器，根據(jù)超聲波的往返時間，就可測得液體的液面。

第98頁/共134頁超聲波液位計原理1—液面2—直管3—空氣超聲探頭

4—反射小板5—電子開關(guān)

第99頁/共134頁

例超聲波液位計原理如圖所示，從顯示屏上測得t0=2ms，th1=5.6ms。已知水底與超聲探頭的間距h2為10m，反射小板與探頭的間距h0為0.34m，求液位h。解：

所以液位h為h=h2-h1=(10-0.95)m=9.05m第100頁/共134頁超聲波測量液位和物位

喇叭形超聲發(fā)生器第101頁/共134頁超聲防盜報警器

圖中的上半部分為發(fā)射電路，下半部分為接收電路。發(fā)射器發(fā)射出頻率f=40kHz左右的超聲波。如果有人進入信號的有效區(qū)域，相對速度為v，從人體反射回接收器的超聲波將由于多普勒效應(yīng)，而發(fā)生頻率偏移f。

第102頁/共134頁第四節(jié)無損探傷

一、無損探傷的基本概念人們在使用各種材料（尤其是金屬材料）的長期實踐中，觀察到大量的斷裂現(xiàn)象，它曾給人類帶來許多災(zāi)難事故。涉及艦船、飛機、軸類、壓力容器、宇航器、核設(shè)備等。

路軌斷裂事故回目錄第103頁/共134頁無損探傷一般有三種含義

無損檢測NDT（NondestructiveTsting）、無損檢查NDI（NondestructiveInspection）和無損評價NDE（NondestructiveEvaluation）。NDT僅僅是檢測出缺陷；NDI則以NDT結(jié)果為判定基礎(chǔ)；而NDE則是對被測對象的完整性、可靠性等進行綜合評價。近年來，無損探傷已逐步從NDT向NDE過渡。第104頁/共134頁簡介無損探傷的幾種方法對缺陷的檢測手段有破壞性試驗和無損探傷。由于無損探傷以不損壞被檢驗對象為前提，所以得到廣泛應(yīng)用。無損檢測的方法有磁粉檢測法、電渦流法、熒光染色滲透法、放射線（X光、中子）照相檢測法、超聲波探傷法等。

第105頁/共134頁磁粉檢測法（對內(nèi)部裂紋的檢測靈敏度不高）磁懸液磁粉檢測儀

將磁懸液噴灑在工件表面，將電流檢測頭壓在在被測工件上，通以百安培的電流，工件中將產(chǎn)生磁場，工件表面的裂紋可因磁粉的不均勻分布而顯示出來。第106頁/共134頁X光探傷（有輻射危險）

將X光發(fā)生器對準(zhǔn)被測位置，將感光片貼在物體背面，人離開后接通高電壓，產(chǎn)生X光，透過被測鋼構(gòu)件，成像到感光片上。將感光片沖洗出影像，即可觀察到缺陷。

使用CCD光電圖像傳感器，可以直接將成像結(jié)果顯示在電腦屏幕上。第107頁/共134頁計算機斷層成像技術(shù)(CT)探傷CT

是基于射線與物質(zhì)的相互作用原理，通過投影重建方法獲取被檢測物體的數(shù)字圖像，解決了傳統(tǒng)X射線攝影裝置的影像重疊、密度分辨率低等缺點。第108頁/共134頁CT探傷成像（參考中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所資料）第109頁/共134頁超聲波探傷

超聲波探傷是目前應(yīng)用十分廣泛的無損探傷手段。它既可檢測材料表面的缺陷，又可檢測內(nèi)部幾米深的缺陷，這是X光探傷所達不到的深度。A型超聲探傷反射波形裂紋耦合劑第110頁/共134頁A型超聲波探傷儀第111頁/共134頁A型超聲波探傷儀示意圖1－電纜插頭座2－工作方式選擇3－衰減細調(diào)4－衰減粗調(diào)5－發(fā)射波T6－第一次底反射波B17－第二次底反射波B28－第五次底反射波B5