超声波微波传感器精选文档.ppt

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1、超声波微波传感器本讲稿第一页，共十六页2、超声波的传播速度、超声波的传播速度n（1）气体和液体中的声速。）气体和液体中的声速。由于气体和液体中剪切模量为零，因而在气体和液体中没有横波，只能传播纵波n液体的纵波声速液体的纵波声速C为为n气体的纵波声速C为n（2）、固体中的声速。）、固体中的声速。在固体中，其传播速度分为三种情况：n纵波声速；纵波声速；n在固体中，当固体是细棒时，声速为在固体中，当固体是细棒时，声速为 n当固体是薄板时，声速为当固体是薄板时，声速为n如果是无限介质，则声速为如果是无限介质，则声速为n横波声速；横波声速；n对于无限介质的固体，其横波声速为对于无限介质的固体，其横波声速

2、为n表面波声速表面波声速本讲稿第二页，共十六页（二）（二）超声波超声波 的物理性质的物理性质 n1、超声波的反射和折射、超声波的反射和折射n当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，一部分能量反射回原介质，称为反射波；反射波；另一部分能量透射过界面，在另一个介质内部继续传播，称为折射波。折射波。如图1214所示示n（1）反射定律）反射定律 入射角与反射角，的正弦之比等于入射波与反射波的速度之比n（2）折射定律）折射定律 入射角的正弦与折射角的正弦之比等于介质1中入射波的波速C1与介质2中折射波的波速C2之比。本讲稿第三页，共十六页 2、超声波的衰减、超声波的衰减 在平面波的情况下

3、，距离声源X处的声压PX和声强IX的衰减规律如下：PX=P0e-x IX=I0e-2x 3、超声波的波型转换、超声波的波型转换 当超声波以某一角度入矩到第二介质（固体）界面时，除有纵波的反射波、折射波以外，还有横波的反射和折射，如图1215所示。在一定条件下，还能产生表面波。它们符合几何光学中的反射定律。本讲稿第四页，共十六页（三）（三）超声波传感器超声波传感器n超声波传感器超声波传感器是实现声电转换的装置，又称为超声波换能器超声波换能器或超声波探头超声波探头。超声波传感器分为发射换能器发射换能器和接收换能器接收换能器，其中发射换能器发射换能器作用是把其它形式的能量转换成超声波的能量；接收换能

4、器接收换能器的作用是把超声波的能量转换成易于检测的电能量。n超声波探头按其结构可分为直探头、斜探头、双探头和液浸探头。n超声波传感器按工作原理又可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等 n图1216为压电式探头；图1217为磁致伸缩探头。本讲稿第五页，共十六页（四）（四）超声波检测技术的应用超声波检测技术的应用 n2、超声波测液位、超声波测液位图示1219所示为脉冲回波式 测量液位的工作原理图。图1220所示为超声波定点式液位计，n1、超声波测厚仪、超声波测厚仪n利用超声波检测厚度的方法有共振法、干涉法、脉冲回波法等。图1218为脉冲回波法检测厚度的原理图。本讲稿第六页，共十六页3、超声波探伤超声波

5、探伤图图图图12122121所示为用透射法检测所示为用透射法检测所示为用透射法检测所示为用透射法检测金属材料内部缺陷。金属材料内部缺陷。金属材料内部缺陷。金属材料内部缺陷。图图图图12122222所示的方法对板材所示的方法对板材所示的方法对板材所示的方法对板材进行检测，进行检测，进行检测，进行检测，图图图图12122323所示为脉冲回波式探伤仪原理图。所示为脉冲回波式探伤仪原理图。所示为脉冲回波式探伤仪原理图。所示为脉冲回波式探伤仪原理图。本讲稿第七页，共十六页4、超声波测温、超声波测温n（1）脉冲传播时间测量）脉冲传播时间测量法。如图法。如图1224所示。所示。n（2）脉冲回呜法如图）脉冲回

6、呜法如图1225所示。所示。n（3）相位比较测量法）相位比较测量法 图图1226为相位比较为相位比较法测量原理图。法测量原理图。本讲稿第八页，共十六页n 5、声纳、声纳n声纳（Sonar）是一种水声学仪器。它的声音发射器发出的声波或超声波在水中的传播，当遇到 障碍物时发生反射，经声音接收器接收，通过信号处理能测知障碍物的位置和距离。n6、超声波测流量（流速）、超声波测流量（流速）n超声波在静止和流动的液体中的传播速度是不同的，进而形成传播时间和相位上的变化，由此可求得液体的流速和流量。图1228所示为超声波测流体流量的工作原理图。本讲稿第九页，共十六页6、超声波测流量（流速）、超声波测流量（流

7、速）n有以下几种方法有以下几种方法：n（1）时差法测流速）时差法测流速n（2）相位差法测流速）相位差法测流速n（3）频率差法测流速）频率差法测流速 7、油井超声波成像测试、油井超声波成像测试超声电视测井系统是利用一个旋转的超声探头向井壁发射超声脉冲，检测回波的强弱进行调制成像。整个系统包括现场测试设备和室内图像处理设备两大部分。现场测试设备的原理框图如图1229所示。本讲稿第十页，共十六页8、超声波诊断仪、超声波诊断仪n（1）振幅（）振幅（Amplitude）型超声波诊断仪）型超声波诊断仪n振幅型超声波诊断仪即A超，其原理如图1230所示，n（2）超声波心动图仪。又称为）超声波心动图仪。又称为

8、M型超声诊断仪或型超声诊断仪或超声波心动图仪。如图1231所示，n（3）B型超声波诊断仪。型超声波诊断仪。B超接收两种信号：一为超声回波的强度信息，二是超声超接收两种信号：一为超声回波的强度信息，二是超声探头的位置信息。探头的位置信息。n超声诊断描述的主要性能参数：n分辨力分辨力；穿透深度穿透深度；工作频率工作频率；帧频帧频 本讲稿第十一页，共十六页五、五、微波传感器微波传感器n （一）微波的基础知识微波的基础知识n微波对于波长较长的电磁波具有下列特点：n（1）空间辐射装置容易制造；n（2）遇到各种障碍物易于反射；n（3）绕射能力差；n（4）传输特性良好，传输过程中受烟、灰尘、强光等影响小；n

9、（5）介质对微波的吸收与介质的介电常数成比例，水对微波的吸收作用最强。常用的天线有喇叭常用的天线有喇叭形天线、抛物面天形天线、抛物面天线、介质天线与隙线、介质天线与隙缝天线等，如图缝天线等，如图12123333所示。所示。本讲稿第十二页，共十六页（二）（二）微波传感器微波传感器 n微波传感器可分为反射式反射式与遮断式遮断式两种。n1、反射式传感器、反射式传感器；2、遮断式传感器、遮断式传感器 n微波传感器具有如下优点：n（1）测量具有非接触性，）测量具有非接触性，可以进行活体检测，大部分测量不需要取样。n（2）快速，灵敏度高，捕捉信息快，）快速，灵敏度高，捕捉信息快，可以进行动态检测和适时处理

10、，进而实现自动控制。n（3）能够在高温、高压、有毒、放射性以及恶劣天气）能够在高温、高压、有毒、放射性以及恶劣天气等恶劣环境下检测。n（4）输出信号不需要变换，）输出信号不需要变换，便于与计算机接口。n（5）输出信号可以方便地调制在载波信号输出信号可以方便地调制在载波信号上进行无线发射与接收，从而实现遥测与遥控。n微波传感器由微波源MS、转换器T和接收器R组成，如图1234所示。本讲稿第十三页，共十六页（三）（三）微波传感器的应用微波传感器的应用n1、微波测厚仪、微波测厚仪n图图1235为微波测厚仪原理图。为微波测厚仪原理图。该测厚仪利用微波在传播过程中该测厚仪利用微波在传播过程中遇到金属表面

11、会被反射，且反射遇到金属表面会被反射，且反射波的波长和速度都不变的特性进波的波长和速度都不变的特性进行测量。行测量。n2、微波湿度（水分）传感器、微波湿度（水分）传感器n图图1236示出了一台测量酒精含水示出了一台测量酒精含水量的仪器方框图，量的仪器方框图，本讲稿第十四页，共十六页n3、微波液位计、微波液位计n图1237为微波液位计示意图。n4、微波式物位计、微波式物位计n微波开关式物位计示意图如图1238所示。n5、微波多普勒传感器、微波多普勒传感器n利用多普勒效应可以探测运动物体的速度、方向与方位。本讲稿第十五页，共十六页n6、微波温度传感器、微波温度传感器n微波频段的辐射计即是一个微波温度传感器。图1039给出了它的原理图 n7、微波测距与定位、微波测距与定位传感器传感器n如图1240所示为一个利用微波传感器MWT的定位机构 图1041为一个基本测距微波传感器MWT的方框图。本讲稿第十六页，共十六页