超声波传感器及应用.ppt

3.斜探头**压电晶片粘贴在与底面成一定角度（如30?、45?等）的有机玻璃斜楔块上，当斜楔块与不同材料的被测介质（试件）接触时，超声波将产生一定角度的折射，倾斜入射到试件中去，可产生多次反射，而传播到较远处去。01底部耐磨材料02接插件03各种接触式斜探头**常用频率范围：1~5MHz接触式双晶斜探头**4.聚焦探头**分辨试件中细小的缺陷，这种探头称为聚焦探头，是一种很有发展前途的新型探头。聚焦探头采用曲面晶片来发出聚焦的超声波，也可以采用两种不同声速的塑料来制作声透镜，还可利用类似光学反射镜的原理制作声凹面镜来聚焦超声波。如果将双晶直探头的延迟块按上述方法加工，也可具有聚焦功能。5.箔式探头**利用压电材料聚偏二氟乙烯（PVDF）高分子薄膜，制作出的薄膜式探头称为箔式探头，可以获得0.2mm直径的超细声束，用在医用CT诊断仪器上可以获得很高清晰度的图像。6.空气传导型探头**超声探头的发射换能器和接收换能器一般是分开设置的，两者结构也略有不同，发射器的压电片上粘贴了一只锥形共振盘，以提高发射效率和方向性。接收器在共振盘上还增加了一只阻抗匹配器，以滤除噪声，提高接收效率。空气传导的超声发射器和接收器的有效工作范围可达几米至几十米。空气传导型超声发生、接收器结构示意图1—外壳2—金属丝网罩3—锥形共振盘4—压电晶体片5—引脚6—阻抗匹配器7—超声波束空气超声探头**空气超声探头外形**空气超声探头外形**9.2.2超声波探头耦合剂**一般不能直接将其放在被测介质（特别是粗糙金属）表面来回移动，以防磨损。空气的密度很小，将引起3个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，而且空气也将对超声波造成很大的衰减。常用的耦合剂有水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。耦合剂的厚度应尽量薄一些，以减小耦合损耗。**第9章超声波传感器及应用**主要章节9.1超声波及其物理性质9.2超声波探头及耦合技术9.3超声波传感器的应用9.1超声波及其物理性质**9.1.1超声波的基本概念声波频率的界限划分次声波是频率低于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。声波的分类

次声波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。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。超声波雾化器超声波加湿器声波的波型**纵波—质点振动方向与波的传播方向一致的波。横波—质点振动方向垂直于传播方向的波。表面波—质点的振动介于横波与纵波之间，沿着表面传播的波。横波只能在固体中传播，纵波能在固体、液体和气体中传播，表面波随深度增加衰减很快。为了测量各种状态下的物理量，多采用纵波。纵波横波**表面波**2.声速、波长与指向性**声速介质的声阻抗Z等于介质的密度ρ和声速c的乘积，即Z=ρc纵波、横波及表面波的传播速度取决于介质的弹性系数、介质的密度以及声阻抗。**常用材料的密度、声阻抗与声速（环境温度为0℃）材料密度ρ(103kg·m-1)声阻抗Z（103MPa·s-1）纵波声速cL（km/s）横波声速cs（km/s）钢7.8465.93.23铝2.7176.323.08铜8.9424.72.05有机玻璃1.183.22.731.43甘油1.262.41.92—水（20℃）1.01.481.48—油0.91.281.4—空气0.00130.00040.34—（2）波长**超声波的波长λ与频率f乘积恒等于声速c，即λf=c（3）指向性**1—超声源2—轴线3—指向角4—等强度线超声波声源发出的超声波束以一定的角度逐渐向外扩散。在声束横截面的中心轴线上，超声波最强，且随着扩散角度的增大而减小。指向角θ与超声源的直径D、以及波长λ之间的关系为01sinθ=1.22λ/D 02设超声源的直径D=20mm，射入钢板的超声波（纵波）频率为5MHz，则根据上式可得θ=4°，可见该超声波的指向性是十分尖锐的。033.超声波的反射和折射**超声波从一种介质传播到另一介质，在两个介质的分界面上一部分能量被反射回原介质，叫做反射波，另一部分透射过界面，在另一种介质内部继续传播，则叫做折射波。这样的两种情况分别称之为声波的反射和折射，波的反射和折射