聲學(xué)探測(cè)—超聲探測(cè)

1、工業(yè)超聲檢測(cè),超聲波的獲得,自然界中超聲波,超聲波的獲得,超聲波換能器 機(jī)械換能器 壓電換能器 磁致伸縮換能器 其它形式的換能器：包括電磁換能器，靜電換能器，熱聲換能器、化學(xué)聲換能器及光聲換能器等。,超聲無損探傷,探傷：探傷和測(cè)傷 超聲波可以實(shí)現(xiàn)其主動(dòng)式探傷的原因 ： （1）具有一般波動(dòng)的物理共性如穿透性、不均勻界面的反射與透射(或斜人射時(shí)的折射)、迭加和干涉、吸收和衰減以及一定的輻射指向性等。 （2）超聲波是一種彈性波，具有不同于其它波動(dòng)的個(gè)性，比如不受透明與不透明、導(dǎo)電與不導(dǎo)電等限制，對(duì)所有介質(zhì)，超聲波都是“透明”的。由于它是一種機(jī)械彈性波，所以其傳播特性與材料的彈性機(jī)械性能有關(guān)。,固體中

2、超聲波的傳播,聲波在固體中傳播時(shí)，同時(shí)存在有縱波(壓縮波)和橫波（切變波）,分別表示縱波聲速和橫波聲速。對(duì)于無限大彈性介質(zhì)， 其表達(dá)式為,對(duì)于固體，在無限大各向同性固體內(nèi)部存在兩種傳播速度的超聲波，一種是超聲縱波(L波)，一種是超聲橫波(T波)，前者傳播速度比后者大。,固體中超聲波的傳播,在半無限大固體的表面，存在表面波，表面波的傳播聲速近似為,為無限大固體介質(zhì)中的橫波速度，一般,聲速在超聲無損撿測(cè)中是一個(gè)很重要的參量，特別是對(duì)于波的識(shí)別。 上述各種聲速總結(jié)如下: 1)介質(zhì)的彈性性能越好，密度越小則介質(zhì)的聲速越大； 2)對(duì)于無限固態(tài)介質(zhì)，縱波聲速cl大于橫波聲速cs； 3) 為固體表面波聲速。

3、,超聲波在平面界面上的反射與折射,重點(diǎn)介紹超聲波入射到液固界面而上的情形 . 超聲波在兩種不同介質(zhì)介面上的反射與折射遵從斯聶爾定律,固體中的聲速大于液體中的聲速，而且固體中縱波聲速總大于橫波聲速，也就是,縱波垂直入射,；,聲波垂直發(fā)射屬于縱波探傷。,縱波斜入射,縱波入射角稱為第一臨界角,如果縱波的入射角大于第二臨界角, 聲波沿固體表面?zhèn)鞑?，稱之為表面波,橫波探傷,聲波不同入射角度探傷時(shí)利用的波型及其應(yīng)用場(chǎng)合總結(jié),縱波垂直入射，屬縱波探傷。 聲波斜入射時(shí)，入射角選擇在第一臨界角與第二臨界角之間，屬于橫波探傷； 聲波斜入射時(shí)，入射角選擇在大于第二臨界角的角度范圍，是利用表面波或板波探傷， 縱波探傷

4、和橫波探傷主要用在檢測(cè)位于材料內(nèi)部的缺陷，表面波和板波來主要用來探測(cè)位于材料表面的缺陷和檢測(cè)固體表面下層狀的缺陷。,探傷用的常規(guī)超聲探頭,直探頭，斜探頭，可變角探頭、水浸探頭，組合探頭，表面波探頭，板波探頭，聚焦探頭，陣列探頭。 具體探傷時(shí)還可采用單探頭（收發(fā)合置）或雙探頭（一收一發(fā)）,超聲探傷法,脈沖反射法探傷 脈沖反射法是將超聲波振動(dòng)持續(xù)時(shí)間很短（一般為數(shù)微妙以下）的超聲波脈沖射入被檢體，利用被檢體底面或內(nèi)部缺陷的反射回波探測(cè)反射源的位置和大小的方法。 是超聲檢測(cè)法中最常用的一種方法.,脈沖反射法的過程,由超聲波探頭在脈沖源的激勵(lì)下發(fā)出間斷的超聲脈沖進(jìn)入介質(zhì)， 在介質(zhì)中遇到不連續(xù)處，由于介

5、質(zhì)的連續(xù)處和不連續(xù)處的聲阻抗不同，聲能在阻抗不連續(xù)處發(fā)生反射， 其中一部分聲能被反射回來，由同一超聲探頭（或另外一個(gè)探頭）接收回波，再把它變成電信號(hào)顯示出來，這種檢測(cè)方法叫做脈沖反射法 .,1.探頭，2.缺陷，3.底面 脈沖反射法探傷原理圖,（脈沖源激勵(lì)發(fā)射換能器產(chǎn)生聲脈沖進(jìn)入介質(zhì)內(nèi)部遇到阻抗不連續(xù)處反射聲波接收換能器接收聲波轉(zhuǎn)化為電信號(hào)顯示判斷）,缺陷回波法 圖中脈沖T為發(fā)射的起始脈沖，B為材料或工件底面的反射脈沖，而F為缺陷的反射脈沖。這種方法也叫做缺陷回波法。AF之間的水平距離給出缺陷的位置，F(xiàn)的高矮一定程度上反應(yīng)缺陷的大小。,a)無缺陷 b)有小缺陷 c)有大缺陷 圖脈沖反射法,缺陷回

6、波法 :還可以用底面回波高度來判斷缺陷的存在，在同一種材料中，若不存在缺陷時(shí)其底面的回波高度不變，當(dāng)有缺陷存在時(shí)，峰值B的高度將縮小甚至消失。而且峰值B縮小的程度對(duì)于判別缺陷特征來說比峰值F更能說明問題。,（a） （b） 底面反射脈沖高度法,底面多次回波法 : 是利用超聲脈沖在材料底面多次反射被探頭接收來進(jìn)行探傷的，原理是，當(dāng)材料中無缺陷時(shí)，由于材料的衰減，超聲脈沖高度逐次降低。若材料中有缺陷時(shí)由于缺陷的反射和散射而增加了聲損耗，底面反射脈沖的次數(shù)減少。同時(shí)也打亂了各次底面回波高度依次有規(guī)律的降低（如下圖）,（a）無缺陷 （b）有缺陷 脈沖多次反射探傷,脈沖發(fā)射法是實(shí)際超聲探傷中最廣泛使用的方

7、法。 優(yōu)點(diǎn)： 探頭只接觸被檢體的一個(gè)面就能進(jìn)行探傷； 探傷靈敏度高， 缺陷可以定位。 缺點(diǎn)： 是存在盲區(qū)，探測(cè)近表面缺陷的能力較差， 當(dāng)聲束軸線不垂直缺陷反射面時(shí)容易漏檢， 由于聲束需要往復(fù)傳播，不利于高衰減材料的檢測(cè)。,當(dāng)缺陷的取向不與試樣表面相平行時(shí)，采用斜探頭比較好，斜探頭是將一個(gè)換能器裝在一只塑料斜劈上而成的。,采用斜探頭探測(cè)取向比較刁鉆的缺陷,利用一只帶有合適角度的斜劈的斜探頭，可通過模式轉(zhuǎn)換而獲得一橫波，它沿與試樣表面成小角度的取向傳播。此時(shí)縱波是進(jìn)入不到試樣中的，它被反射回探頭所帶的斜劈中。這種角度的探頭稱為切向波探頭。,切向波探頭的一種設(shè)計(jì)方案,超聲探傷法,穿透法探傷 穿透法又

8、叫透射法，是利用聲波穿過被檢材料或工件后能量（或聲壓幅度）的變化來判斷缺陷的有無及其性質(zhì)的。穿透法是超聲波應(yīng)用于無損檢測(cè)最早的方法。,穿透法探傷采用雙探頭，一個(gè)在工件或材料的這面作為發(fā)射裝置，一個(gè)放在另一面（和發(fā)射相對(duì)的一面）作為接收裝置，如果材料或工件中有缺陷，由接收探頭接收到的能量很小或沒有。,穿透法探傷,實(shí)現(xiàn)穿透法探傷有連續(xù)波和脈沖波兩種。實(shí)際檢測(cè)中連續(xù)波用的更多些。為了排除在試件中可能產(chǎn)生駐波的影響，連續(xù)波采用調(diào)頻波。在不可能產(chǎn)生駐波的試件探傷中，連續(xù)波也可采用調(diào)幅被。,反射式穿透法探傷,在實(shí)際工作中，往往會(huì)遇到不允許進(jìn)行雙探頭雙面探測(cè)的情況，這是人們采用雙探頭單側(cè)穿透法探傷，大多適用

9、于帶蒙皮或包覆層的樣品檢驗(yàn)。,反射式穿透法探傷示意圖,聲影,當(dāng)缺陷較小時(shí)，即缺陷的大小可與聲波長(zhǎng)相比，或還要小，此時(shí)在缺陷邊緣會(huì)發(fā)生繞射，在缺陷后形成聲影，在缺陷后不同位置的聲影的形狀是變化的。,缺陷后形成的聲影,聲影,缺陷后形成的聲影,聲影的形狀基本上有一段是截面不變的，之后是按一定角度繞射，缺陷距離接收探頭越遠(yuǎn)，對(duì)能量遮擋的影響越小。當(dāng)缺陷距離接收探頭的距離大于 時(shí)，所接收到的聲能基本上不受缺陷的影響。,穿透法探傷優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 幾乎不存在盲區(qū)， 聲程衰減小，一般用來檢測(cè)對(duì)聲波衰減較大的試樣。 缺點(diǎn)： 不能給出缺陷存在的位置，只能分辨有無缺陷存在。 由于聲波衍射現(xiàn)象的存在，檢測(cè)靈敏度低，

10、需要專用探頭夾持裝置以使兩個(gè)探頭對(duì)準(zhǔn)，操作不便，實(shí)際應(yīng)用比較少。,共振法檢測(cè),當(dāng)具有一定波長(zhǎng)的聲波在介質(zhì)中傳播遇到界面時(shí)聲波的部分或全部要反射回來，行進(jìn)波與反射波同相位疊加的現(xiàn)象叫做共振，利用共振原理檢驗(yàn)工件或材料的方法稱為共振法。 如果工件中存在較大的缺陷或板的厚度不均勻時(shí)，原來的厚度是半波長(zhǎng)的整數(shù)倍的關(guān)系就不成立，則共振點(diǎn)就偏移或消失，這樣就可以判斷缺陷的存在與否。,共振法,縱波探傷法,利用縱波進(jìn)行探傷的方法稱為縱波探傷法，一般說直探頭垂直工件表面入射的聲波是縱波，所以垂直探傷一般是縱波探傷法。發(fā)射波、缺陷波和底波經(jīng)過放大后在顯示器上。由它們?cè)跁r(shí)間基線上的位置可求出缺陷的位置。,縱波探傷法

11、的基本原理,當(dāng)工件中無缺陷時(shí)，顯示器上出現(xiàn)指數(shù)曲線遞減的多次反射底波。當(dāng)工件內(nèi)有吸收性缺陷時(shí)（如疏松等）時(shí)，聲波在缺陷處衰減很大，反射底波的次數(shù)減少甚至消失，以此判斷有無缺陷及其嚴(yán)重程度 .,橫波探傷法,利用橫波進(jìn)行探傷的方法稱為橫波探傷法。 主要用于焊縫探傷，因?yàn)楹缚p表面有加強(qiáng)良，凸凹不平，不易放置直探頭，加上焊縫中有害缺陷總是垂直于板面，所以一般都采用橫波探傷法。,橫波探傷法基本原理,表面波探傷,表面波探傷：表面波探傷法是探測(cè)材料表面缺陷的一種方法。L,S均為棱角處散射的縱波和橫波探測(cè)脈沖F1F2、對(duì)應(yīng)于棱角F1和裂紋尖端F2處的反射回波。在已知表面波聲速的情況下，利用脈沖反射或頻譜法通過

12、F1、F2兩個(gè)脈沖的時(shí)差測(cè)量，可以測(cè)定出裂紋的深度。,表面波對(duì)表面裂縫的探傷,注意：表面波探傷是不適合應(yīng)用于液浸表面的探傷。表面粗糙度對(duì)表面波有明顯的影響，粗糙的表面由于容易發(fā)聲散射而使表面波的衰減增大 .,板波探傷,在板狀固體媒質(zhì)中傳播的聲波稱為板波。在超聲探傷中所用的板波是蘭姆波，即在板中傳播的波中含有振動(dòng)方向與板面垂直的橫波（SV波）和振動(dòng)方向與板面平行的縱波。 采用聲波斜入射到固體介質(zhì)中，入射的角度滿足,表示第一種介質(zhì)中的縱波聲速， 表示在板中所激勵(lì)的蘭姆波的傳播速度（相速度）。,板波探傷,利用蘭姆波檢測(cè)表層下層狀缺陷 (a)和（b）分別是兩種產(chǎn)生蘭姆波的方法； (b)是陰極射線示波器

13、上的顯示情況（A=發(fā)射脈沖峰，B=邊界反射峰，C=對(duì)應(yīng)于蘭姆波的峰）,應(yīng)用場(chǎng)合：層狀缺陷； 薄板材的探傷。,超聲探傷的應(yīng)用,探傷在實(shí)際中的應(yīng)用舉例：金屬材料，金屬焊縫，陶瓷材料，復(fù)合材料，混凝土，塑料。超聲探傷是一種非常有效、應(yīng)用日益廣泛的無損探傷技術(shù)，目前也已應(yīng)用于核電站、壓力容器以及汽車工業(yè)等各個(gè)重要部門。國(guó)內(nèi)超聲探傷的研究現(xiàn)狀，超聲探傷產(chǎn)品介紹。 武漢科聲技術(shù)公司生產(chǎn)的多通道超聲自動(dòng)探傷系統(tǒng)以及便攜式數(shù)字化超聲探傷儀。針對(duì)不同的用途，分多種型號(hào)。（超聲手冊(cè)p472） 廣東省汕頭市超聲儀器研究所研制的CTS-2000筆記本式數(shù)字超聲探傷儀，厚度為5.0cm，重量1.6kg（帶電池）。 江蘇

14、省南通市友聯(lián)智能儀器公司生產(chǎn)的各種型號(hào)的數(shù)字超聲探儀，僅售幾萬元錢。掌上寶型，有很多公司。,聲速的測(cè)量方法,聲速是聲波在介質(zhì)中傳播的一個(gè)基本的物理量，而且也是最重要的一個(gè)聲學(xué)量。聲速的測(cè)量方法有多種，如共振干涉法、臨界角法、相位比較法、脈沖法等,共振干涉法測(cè)量聲速 共振干涉法是測(cè)量介質(zhì)中聲速最常用的方法之一，其原理是通過測(cè)定聲波長(zhǎng)和頻率求得聲速，即 有兩種辦法，一種是采用固定頻率的聲波，調(diào)整聲在介質(zhì)中的傳播距離，以達(dá)駐波共振狀態(tài)，從而確定波長(zhǎng),稱為變程干涉法. 另一種是固定傳播距離改變聲波頻率的方法達(dá)到共振,從而求出聲速稱之為定程干涉法,變程共振干涉法,變程干涉儀主要由一個(gè)輻射聲波的換能器和一

15、個(gè)反射聲波的反射板組成,當(dāng)調(diào)節(jié)螺旋計(jì)時(shí)，反射板也隨之移動(dòng)，使聲程發(fā)生改變，這時(shí)在一系列特定的距離上，介質(zhì)中將會(huì)出現(xiàn)駐波共振現(xiàn)象。有反射板時(shí)，換能器采用收發(fā)兼用的形式。該方法要求反射板和換能器之間嚴(yán)格平行，測(cè)得的電流和距離之間的關(guān)系。,定程干涉法,還可以采用固定聲波傳播距離，通過改變超聲頻率來建立駐波共振狀態(tài)，稱為定程共振干涉法。,不斷改變信號(hào)發(fā)生器的頻率，電壓表極大值對(duì)應(yīng)試樣共振，由頻率計(jì)測(cè)出共振頻率 f ,試樣長(zhǎng)為 利用 即可求出聲速。,臨界角法測(cè)量聲速,共振干涉法只能測(cè)量縱波聲速，而臨界角法(或稱全反射法)既能測(cè)量固體中的縱波聲速，也能測(cè)量固體中的橫波聲速。,在測(cè)試中用脈沖信號(hào)而不同連續(xù)波

16、，這樣可以減小干涉的影響。另外，待測(cè)樣品一定要作得兩面光滑平行。,脈沖法測(cè)量聲速原理,脈沖法測(cè)量聲速是用得最多的一種，原理式子為 測(cè)出聲波傳播的距離和傳播時(shí)間，即可求出聲速,(a)透射法波形 （b）反射法波形,脈沖回鳴法測(cè)量聲傳播時(shí)間原理,脈沖回鳴法又稱脈沖循環(huán)法，是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種測(cè)量介質(zhì)聲速的方法?；伉Q法測(cè)量原理如圖,發(fā)射換能器被激發(fā)后向被測(cè)介質(zhì)中輻射聲波，聲波在介質(zhì)中傳播一段距離l后被接收換能器接收，被接收的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后經(jīng)放大、整形和鑒別后又去觸發(fā)發(fā)射電路，使發(fā)射換能器發(fā)射下一個(gè)聲脈沖，如此循環(huán)往復(fù)，便得到一個(gè)聲脈沖系列。,關(guān)鍵在于測(cè)量系列脈沖的重復(fù)頻率f或周期T,

17、聲速測(cè)量總結(jié),c和f無關(guān)，c不是頻率的函數(shù)。,，,，,，,利用上面的公式求出聲速,超聲測(cè)厚,超聲測(cè)厚是一個(gè)成熟的超聲檢測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛用于各種板材、管材壁厚、鍋爐、容器壁厚及其局部腐蝕、銹蝕的情況。 超聲測(cè)厚具有很多優(yōu)點(diǎn)：它的測(cè)量精度高，在測(cè)量幾毫米以上的厚度時(shí)，可達(dá)0.1%0.5%的精度，超聲波處理方便，并有良好的指向性，超聲技術(shù)測(cè)量金屬、非金屬材料的厚度，既快又準(zhǔn)確，無污染，尤其是在只許可一個(gè)側(cè)面可接觸的場(chǎng)合更能顯示其優(yōu)越性。 超聲測(cè)厚的主要方法有共振法、干涉法、脈沖回波法等多種方法。,共振法測(cè)厚,超聲共振法測(cè)厚的原理是，當(dāng)一束頻率連續(xù)可變的超聲波，垂直入射到有一定厚度的被測(cè)工件上時(shí)，設(shè)超聲

18、波頻率變化到一定值上時(shí)，被測(cè)工件的厚度等于半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，這時(shí)，從工件后表面反射回來的聲波和入射的行波疊加形成駐波，即在工件厚度方向上引起共振。 只要測(cè)出共振時(shí)的頻率，就可以求出工件的厚度,干涉法測(cè)厚,超聲干涉式測(cè)厚原理是當(dāng)一束聲波垂直入射到被測(cè)工件上時(shí)，由于工件在空氣中 (或其它異性介質(zhì)中)存在兩個(gè)界面，聲波從前表面上反射和從后表面上反射后疊加產(chǎn)生干涉。 如果工件的厚度恰好是聲波的半波長(zhǎng) 的整數(shù)倍時(shí)，若兩個(gè)信號(hào)的相位相差180度即反相疊加，干涉后相互抵消，這時(shí)顯示的聲強(qiáng)度等于或接近于零而趨于最小。此時(shí)通過測(cè)量聲波頻率即可測(cè)出工件的厚度。,脈沖反射式測(cè)厚,脈沖回波法是根據(jù)脈沖聲波在工件中傳播的

19、時(shí)間間隔與其在工件中傳播的速度的乘積而確定工件的厚度如果采用透射法，則只需測(cè)出聲波從發(fā)射探頭發(fā)出經(jīng)工件傳播，再由接收探頭接收到聲波的時(shí)間間隔與在工件中傳播的聲速的乘積即可求出厚度。 采用脈沖反射法時(shí)，因?yàn)槁暡◤奶筋^發(fā)出經(jīng)工件傳至后表面，再由后界面處反射回探頭被接收，兩次經(jīng)過工件傳播，所以，工件厚度,脈沖反射式的厚度測(cè)量可分為兩種測(cè)量方法：一是接觸式測(cè)量厚度，二是非接觸式測(cè)量，接觸式測(cè)量一般用于普通工件的厚度測(cè)量。非接觸式厚度測(cè)量用于復(fù)雜惡劣環(huán)境中，探頭不易和工件表面接觸，如高溫、高壓、或具有強(qiáng)烈腐蝕性的環(huán)境。,超聲測(cè)厚,超聲測(cè)厚是超聲工程測(cè)量方面一個(gè)重要應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際運(yùn)用中，還存在許多

20、問題，如探頭的分辨率如何提高，降低探頭的盲區(qū)問題以及在電子線路中如何實(shí)現(xiàn)等問題都有待于認(rèn)真研究解決，才能提高厚度檢測(cè)的質(zhì)量。 目前超聲測(cè)厚技術(shù)的發(fā)展主要集中在三個(gè)方面：一是對(duì)于超薄材料 (如:薄膜等)的測(cè)厚問題。二是高溫材料的測(cè)厚問題。三是在線檢測(cè)厚度的自動(dòng)化，智能化問題。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這些問題將會(huì)得到解決的。,流速流量的測(cè)定,超聲技術(shù)測(cè)量流量與浮子流量計(jì)等比較有以下優(yōu)點(diǎn): (1)非接觸檢測(cè)特點(diǎn)，不接觸介質(zhì)，測(cè)量時(shí)不會(huì)干擾介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)，因而對(duì)管道內(nèi)流體不產(chǎn)生附加作用。 (2)超聲方法檢測(cè)流量，因?yàn)樗欠墙佑|式，所以不受流體本身的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)的影響，如流體的粘滯性，導(dǎo)電

21、性以及混濁程度等的影響。這種檢測(cè)流量的方法不受環(huán)境約束，適應(yīng)性較強(qiáng)。 (3)超聲流量計(jì)的讀數(shù)與流量成線性關(guān)系，可以作成直讀式或記錄式的，使用都很方便。,流速流量的測(cè)定,常用的超聲測(cè)量流量的方法有以下兒種,先測(cè)出流體流動(dòng)的速度，進(jìn)而獲得流體流量,A是管道中流體的橫截面積, V是管道中流體平均的流動(dòng)速度。,時(shí)差法測(cè)量流量,時(shí)差法測(cè)量流體流量是聲脈沖在管道內(nèi)流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差來求得流量的. (1) 聲環(huán)法:聲環(huán)法亦稱頻差法 (2) 脈沖間隔法,時(shí)差法測(cè)量流量,(1) 聲環(huán)法,聲環(huán)法測(cè)量流量原理圖,基本原理:是當(dāng)探頭T1受電信號(hào)激勵(lì)后發(fā)射聲波，在流體介質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱流介)中傳播后被探頭R1

22、接收，然后再經(jīng)放大后的電脈沖去激勵(lì)探頭T1，形成一次循環(huán)過程，即,流介,相反從探頭R1，發(fā)出的聲脈沖經(jīng)流介傳播之后被T1接收。轉(zhuǎn)換成電信號(hào)經(jīng)放大后再返回激勵(lì)R1，形成一次循環(huán)即：,流介,時(shí)差法測(cè)量流量,(1) 聲環(huán)法,時(shí)差法測(cè)量流量,(2) 脈沖間隔法 如果聲脈沖是從T1發(fā)出R1接收，聲波在流體介質(zhì)中傳播的時(shí)間t1,相反聲波是從R1發(fā)出而T1接收，則聲在流介中傳播時(shí)間t2,聲束偏移法測(cè)量流量,借助于聲束在流介中位移的方法也可以測(cè)量流量.,由于流體在流動(dòng)時(shí)，把探頭發(fā)射的聲波向前擾動(dòng)了一個(gè)位置，使得聲束向前偏移了L距離 ，原聲束和被擾動(dòng)后的聲束之間的夾角為,聲束偏移法測(cè)量流量,在相對(duì)發(fā)射探頭T的對(duì)

23、側(cè)，在流體靜止而不流動(dòng)時(shí)的聲軸線對(duì)稱兩側(cè)安裝兩個(gè)接收探頭R1和R2.,當(dāng)流體不流動(dòng)探頭T發(fā)射聲波時(shí)，兩個(gè)接收探頭R1和R2由于對(duì)稱安裝，所以接收到的聲信號(hào)強(qiáng)度相同，如果流體流動(dòng)，促使聲速偏移，則探頭R1和R2接收到的信號(hào)強(qiáng)度不相同。偏移量越大，這個(gè)差值就越大，但流體流動(dòng)引起對(duì)聲束的偏移量L畢竟是很小的，大約只有管道直徑的1/1000。所以，在實(shí)際采用這種方法測(cè)量流量時(shí)，為了增大偏移量，采用折射變換器的方法使聲線在管內(nèi)產(chǎn)生多次反射，以擴(kuò)大偏移量來提高流量檢測(cè)的靈敏度,超聲多普勒法測(cè)量流量,貼在被檢流體容器壁上的兩個(gè)聲頭T，R，(T是發(fā)射探頭，R是接收探頭)。當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)射一束聲波后，以一定角度射

24、入流體介質(zhì)，流體介質(zhì)以一定的速度沿圖示方向向前流動(dòng)，由于聲波和流動(dòng)的流介都是運(yùn)動(dòng)物體，相互作用必然有多普勒效應(yīng)產(chǎn)生，從而聲波頻率發(fā)生變化，在原有的超聲波頻率f上將變化一個(gè)頻移f。,超聲多普勒法測(cè)量流量,發(fā)射探頭發(fā)射的聲波頻率為fT，而經(jīng)過流體介質(zhì)(或懸浮粒子)折射后到達(dá)接收器R的聲波頻率為fR，二者之間的關(guān)系為,超聲物位測(cè)量,超聲測(cè)量物位是超聲測(cè)量中最常見的一種技術(shù)，其中包括液位測(cè)量和料位測(cè)量?jī)蓚€(gè)方面的內(nèi)容。,超聲液位測(cè)量大多采用脈沖回波法。根據(jù)傳聲介質(zhì)的不同分為液介式，氣介式和固介式的三種形式。,1、超聲液位測(cè)量原理,超聲物位測(cè)量1、超聲液位測(cè)量原理,精確測(cè)量出發(fā)射和接收聲脈沖之間的時(shí)間間隔

25、，若知(或測(cè)出)聲波在介質(zhì)中的傳播速度c ，則探頭距液面的距離,如果測(cè)量是液介式的，換能器必須安裝在液體中最低液位之下，如圖所示，這時(shí)L 可認(rèn)為是液位高度。若用氣介式的測(cè)量法，換能器是安裝在最高液位之上的空氣介質(zhì)里，如圖所示，這時(shí)液位的高度就不是L而是探頭距底面的高度H 減去探頭距液面的高度L 即,超聲物位測(cè)量1、超聲液位測(cè)量原理,對(duì)于固介式的測(cè)量方式是把傳聲固體棒或管插入液體中，棒的上端要高出液面，發(fā)射或接收探頭安裝在棒的頂端上。發(fā)射和接收聲波是沿著固體傳播的，計(jì)算液位時(shí)式仍可適用，但這時(shí)式中的c是固體中傳播的聲速，L是換能器到液面棒的長(zhǎng)短。,超聲物位測(cè)量2、超聲料位測(cè)量原理,料位測(cè)量和液位

26、測(cè)量一樣，也可分為定點(diǎn)測(cè)量和連續(xù)測(cè)量?jī)煞N形式，因?yàn)闇y(cè)量對(duì)象都是大型容器或窯爐中的粉未狀，顆粒狀或塊狀的物質(zhì)，所以，一般采用氣介式的測(cè)量方法。,料位的定點(diǎn)超聲測(cè)量比較現(xiàn)實(shí)的方法是空氣中的穿透方式，如圖所示.若收發(fā)探頭間有料物阻擋，聲波會(huì)在料物上被反射和散射以及吸收，使得到達(dá)接收探頭上的聲信號(hào)大為減少，所以，和無阻擋時(shí)的換能器信號(hào)相差甚遠(yuǎn)，這樣就可進(jìn)行 料位的定點(diǎn)檢測(cè)。,（1） 定點(diǎn)料位測(cè)量,超聲物位測(cè)量2、超聲料位測(cè)量原理,（2）料位的連續(xù)測(cè)量,連續(xù)測(cè)量料位不能用穿透式氣介方式，而只能采用脈沖回波氣介方式進(jìn)行檢測(cè)，如圖所示：,可用單發(fā)單收探頭也可用收發(fā)共用一個(gè)探頭，探頭要裝在容器頂部，使其和所加

27、料位有一定的距離，接收探頭接收到從料物反射回來的聲波即可計(jì)算出料位的高度。料位測(cè)量不像液位那樣容易檢測(cè)，而有一定的難度.,風(fēng)速的超聲測(cè)量1、超聲測(cè)量風(fēng)速的原理,圖中安裝了兩只相向的導(dǎo)管式超聲換能器1和2。這兩只換能器都是收發(fā)兩用的，它們分別發(fā)射一定周期的脈沖信號(hào)，1發(fā)射聲波時(shí)，2接收聲波；2發(fā)射聲波時(shí)，1接收聲波。兩只換能器之間的距離為L(zhǎng)。在空氣中超聲的傳播是通過空氣的振動(dòng)進(jìn)行的，在順風(fēng)時(shí)，傳播速度快一些，逆風(fēng)時(shí)，超聲傳播時(shí)間慢一些。,聲波由1傳到2（順風(fēng)時(shí)）所用時(shí)間為t1，聲波由2傳到1（逆風(fēng)時(shí)）所用時(shí)間為t2，設(shè)所要測(cè)量風(fēng)速為V，t1和t2可以用下面的方程式表示,風(fēng)速的超聲測(cè)量2、超聲測(cè)風(fēng)

28、速的特點(diǎn), 可測(cè)量微風(fēng)速，由于沒有向排風(fēng)管內(nèi)插入任何物體，也沒有可動(dòng)的機(jī)械部分，因此維修保養(yǎng)檢查方便。 氣體種類變化、環(huán)境溫度不受影響。因此輸出信號(hào)呈線性，有利于數(shù)據(jù)處理及控制。 氣體溫度過高時(shí)，超聲波的衰減將增加,有時(shí)導(dǎo)致不能測(cè)量。 當(dāng)氣體中混入灰塵時(shí)，超聲向灰塵輻射時(shí)，產(chǎn)生散射，使系統(tǒng)噪聲增加，從而引起測(cè)量精度下降。,超聲測(cè)溫,一般的溫度計(jì) (如水銀溫度計(jì)等)都是接觸測(cè)溫，使溫度計(jì)和被測(cè)介質(zhì)相接觸，使被測(cè)介質(zhì)的溫度和溫度計(jì)敏感部分溫度達(dá)以平衡后，以敏感部分的體積或高度來衡量溫度的高低，因?yàn)槎邷囟绕胶庥幸欢ǖ臅r(shí)間過程，所以，用這種溫度計(jì)測(cè)量溫度比較慢。 另外，這些溫度計(jì)在測(cè)溫時(shí)是由于體積或高度變化來衡量溫度的高低，測(cè)量范圍受到一定限制，如以超高溫（溫度達(dá)1萬度以上）或超低溫測(cè)量 (如2K20K溫度)都比較困難。超聲測(cè)溫有著測(cè)溫范圍寬，非接觸以及反應(yīng)速度快，可遙測(cè)遙控等特點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。 超聲測(cè)溫分為兩大類。一是直接測(cè)量空氣中的溫度，稱為氣介溫度計(jì)。二是利用對(duì)溫度敏感的固體作為中間介質(zhì)來測(cè)溫，稱為固介式的溫度計(jì)。,超聲測(cè)溫1、氣介超聲溫度計(jì)的測(cè)量原理及方法,氣介式溫度計(jì)不用中間介質(zhì)作為測(cè)溫體，而是直接測(cè)量聲波在空氣中的傳播速度，以求得空氣中的真實(shí)溫度。,空氣中的聲速c 與絕熱溫度T，水蒸氣張力e ，氣壓P之間的關(guān)系是,通常環(huán)境條件下，空氣中聲