《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》課件-7.1-3超聲波傳感器的應(yīng)用

超聲波傳感器的應(yīng)用01超聲波探傷0203

超聲波測(cè)厚目錄超聲波流量計(jì)04超聲波在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

根據(jù)超聲波的走向，超聲波傳感器的應(yīng)用主要包括兩種，投射型和反射型。當(dāng)超聲波發(fā)生器與接受器分別置于被測(cè)物兩側(cè)時(shí)，稱為透射型。透射型的應(yīng)用有：遙控器、防盜報(bào)警器、接近開關(guān)等。當(dāng)超聲波發(fā)生器與接受器置于同側(cè)時(shí)，稱為反射型。反射型的應(yīng)用有：接近開關(guān)、距離測(cè)量、液位或料位測(cè)量、金屬探傷以及厚度測(cè)量等。超聲波應(yīng)用的兩種基本類型一、超聲波探傷

超聲波探傷是無損探傷技術(shù)中的一種主要檢測(cè)手段。它主要用于檢測(cè)金屬板材、管材和焊縫等材料中的缺陷、材料厚度、材料的晶粒等，配合斷裂力學(xué)對(duì)材料使用壽命進(jìn)行評(píng)估。超聲波探傷因?yàn)闄z測(cè)靈敏度高、速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，而得到人們的重視，并在生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛的應(yīng)用。超聲波探傷方法有很多種，其中脈沖反射法根據(jù)波形的不同分為縱波探傷、橫波探傷和表面波探傷等。51.縱波探傷法

測(cè)試前，先將探頭插入探傷儀的連接插座上。探傷儀面板上有一個(gè)熒光屏。通過熒光屏可以知道工件中是否有缺陷、缺陷的大小及其缺陷的位置。工作時(shí)，探頭放置在被測(cè)工件上，并在工件上來回移動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。探頭發(fā)出的超聲波，以一定速度向工件內(nèi)部傳播.工件中沒有缺陷，則超聲波傳播到工件底部便產(chǎn)生反射，在熒光屏上只產(chǎn)生開始脈沖T和底部脈沖B，有缺陷，一部分聲波脈沖在缺陷處產(chǎn)生反射，另一部分繼續(xù)傳播到工件底部產(chǎn)生反射，這樣在熒光屏上除了仍會(huì)出現(xiàn)開始脈沖T和底部脈沖B以外，還會(huì)出現(xiàn)缺陷脈沖F

用斜探頭進(jìn)行探傷的方法稱橫波探傷法。超聲波的一個(gè)顯著特點(diǎn)是：超聲波波束中心線與缺陷截面積垂直時(shí)，探測(cè)靈敏度最高。如遇到如下圖所示的斜向缺陷時(shí)，用直探頭雖然能探測(cè)出缺陷的存在，但并不能真實(shí)反映缺陷的大小。如用斜探頭探測(cè)，探傷的效果良好。因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)不同缺陷的性質(zhì)、取向采用不同的探頭進(jìn)行探傷。2.橫波探傷法3.表面波探傷法

表面波探傷主要是檢測(cè)工件表面附近的缺陷存在與否，當(dāng)超聲波的入射角α超過一定值，折射角β可能達(dá)到90°，這時(shí)固體表面受到超聲波能量引起的表面張力作用，質(zhì)點(diǎn)在介質(zhì)表面的平衡位置附近作橢圓軌跡振動(dòng)，這種振動(dòng)稱為表面波。當(dāng)工件表面存在缺陷時(shí)，表面波被反射回探頭，可在熒光屏上顯示出來。二、超聲波流量計(jì)

下圖是超聲波流量計(jì)的原理圖。在被測(cè)管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對(duì)超聲波發(fā)射和接受探頭（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。根據(jù)這兩束波在流體中傳播的速度不同，采用測(cè)量?jī)蓚€(gè)接收探頭上超聲波傳播的時(shí)間差、相位差和頻率差等方法可測(cè)出流體的平均流速，進(jìn)而推算出流量。

時(shí)間差法

設(shè)超聲波傳播方向與流體流動(dòng)方向的夾角為，流體在管道內(nèi)的平均流速為，超聲波在靜止流體中的聲速為c，管道的內(nèi)徑為d。

超聲波由反射探頭F2至接收探頭T2的絕對(duì)傳播速度為:超聲波由反射探頭F1至接收探頭T1的絕對(duì)傳播速度為:10超聲波順流與逆流傳播的時(shí)間差為因?yàn)関《c，所以則體積流量約為（7-1）（7-2）（7-3）（7-4）

時(shí)間差法

超聲波測(cè)厚的方法很多，最常用的方法是利用超聲波脈沖反射法進(jìn)行測(cè)厚?？梢詼y(cè)量鋼及其它金屬、有機(jī)玻璃、硬塑料等的厚度。圖7-11是超聲波測(cè)厚示意圖。雙晶直探頭左邊的壓電晶片發(fā)射超聲波脈沖，經(jīng)探頭內(nèi)部的延遲塊延時(shí)后，該脈沖進(jìn)入被測(cè)試件，在到達(dá)試件底面時(shí)，被反射回來，并被右邊的壓電晶片所接收。這樣只要測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需要的時(shí)間間隔（扣除經(jīng)兩次延遲的時(shí)間），再乘以聲波在被測(cè)體內(nèi)的傳播速度常數(shù),可計(jì)算出厚度值，即三、超聲波測(cè)厚三、超聲波測(cè)厚

在電路上只要在從發(fā)射到接收這段時(shí)間內(nèi)使計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)，便可達(dá)到數(shù)字顯示之目的。使用雙晶直探頭可以使信號(hào)處理電路趨于簡(jiǎn)化，有利與縮小儀表的