5.9超声波传感器.ppt

* * 5.9超声波传感器 一、超声波及其物理性质 1、超声波的基本概念 （1）声波频率的划分 可听声波：20HZ-20KHZ 低频声波：20HZ以下的声音 超声波：20KHZ以上的声音 （2）超声波的性质 直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强 （3）超声波传感器的谐振频率(中心频率) 一般为23 KHZ、40 KHZ、 75 KHZ、 200 KHZ、 400 KHZ 谐振频率越高，则检测距离越短，但分解能力会增高 （4）声波的波型： ①纵波：质点振动方向与波的传播方向一 致的波。 ②横波：质点振动方向垂直于传播方向的波。 ③表面波：质点振动介于横波与纵波之间，沿着表面传播的波。 2、声速、波长与指向性 （1）声速 Z=ρC 其中：Z为介质的声阻抗 ρ为介质的密度 C为声速 固体中，横波声速为纵波声速的一半， 表面波声速为横波迅速的90% （2）波长：λ=fc λ：超声波的波长 f: 频率 C: 声速 例：将一束频率为5MHZ的超声波（纵波）射入 钢板，纵波在钢中的声速CL=5.9KM/S,所以此 时的波长λ为1.18MM (3)指向性：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 随着扩散的角度增大而减小。 指向角θ与超声源的直径D以及波长的关系为 sin θ=1.22 λ/D 解：sin θ=1.22 λ/D =（1.22*1.18）／20 ≈0.07 θ=40 例：设超声源的直径D=20MM,射入钢板的 超声波（纵波）频率为5MHZ，求指向角θ。 结论：超声波声源的指向性十分尖锐。 3、超声波的反射和折射 （1）反射定律：入射角的正弦与反射角 的正弦之比等于波速之比。 （2）折射定律：入射角的正弦与折射角 的正弦之比等于超声波在入射波所 处介质的波速与在折射波中介质的 波速之比。 4、超声波的衰减 Px=P0e-αx Ix=I0e-2αxPx、Ix:距离声源x处超声波的声压和声强。 P0、I0:为x=0处超声波的声压和声强。 α:衰减系数 x:声波与声源的距离 二、超声波探头及耦合技术 1、超声波探头（超声波传感器）：产生超 声波和接收超声波的装置。 2、超声波测距原理： 超声波发射探头发生的超声波脉冲在介 质中传到相界面经过反射后，再返回到接收 探头。 三、耦合剂 1、使用目的： （1）防磨损 （2）将接触面之间的空气排挤掉，使超声 波能顺利地入射到被测介质中。 2、作用：传递超声波 3、常用耦合剂：水、机油、甘油、水玻璃、 胶水