传感器与检测技术 教学课件 赵勇 第5章 新型传感器原理5.1 5.3.pdf

第5章 新型传感器原理 5.1 波式传感器 5.1.1超声波传感器 5.1.2 微波传感器 5.1.3 声表面波传感器 5.1波式传感器 5.1.1超声波传感器 1. 超声波及其物理性质 （1）超声波的概念  介质中的质点以弹性力互相联系。某质点在介质中振 动，能激起周围质点的振动。质点振动在弹性介质内 的传播形成机械波。频率高于20kHz的机械波，称为超 声波。在超声波检测中，最常用的频率范围是0.25 MHz --20MHz左右。  声波的频率越高，与光波的某些特性就越相似。超声 波波长、频率与速度的关系为 c  f c 式中： —波长; —速度； —频率 f  5.1波式传感器  超声波的特性是频率高、波长短、绕射小。它最显著的 特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，穿透本领 大，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，因而广泛 应用于工业检测中。 (2) 超声波的物理性质 1) 超声波的波形。由于声源在介质中的施力方向与波 在介质中的传播方向不同，声波的波形也有所不同。 通常有：纵波 、横波 、表面波 2) 超声波的传播速度。纵波、横波及表面波的传播速 度，取决于介质的弹性常数及介质密度。气体和液体 中只能传播纵波 ，在固体中，纵波、横波和表面波三 者的声速成一定关系。 5.1波式传感器 3）超声波的反射和折射。 超声波从一种介质传播到另 一种介质时，在两介质的分 界面上一部分超声波被反射 ，另一部分则透过分界面， 在另一种介质内继续传播。 图5-2 超声波的反射和折射  反射定律： 当波在界面上发生反射时，入射角  的正弦与反射角 的正弦之比等于入射波波速与反射 波波速之比。当入射波和反射波的波型相同、波速相等 时，入射角  等于反射角   5.1波式传感器  折射定律 ： 当波在界面处产生折射时，入射角  的正弦与折射角  的正弦之比等于入射波在第一介质中 的波速 c1 与折射波在第二介质中的波速 c2 之比，即 sin c1 sin c2 4）超声波的衰减。超声波在介质中传播时，随着传播距 离的增加，能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律满足 以下函数关系： x P x P 0e 2x I x I 0e P x P I 式中： I x —距声源 x 处的超声波声压和声强； 0 0 —声源处的 超声波声压和声强； x —距声源处的距离；