傳感器原理及工程應(yīng)用(第三版)郁有文1-5第10章(已修改)
2025-03-06 20:23 本頁面
【正文】 第 10章 超聲波傳感器 第 10章 超聲波傳感器 超聲波及其物理性質(zhì) 超聲波傳感器 超聲波傳感器應(yīng)用 第 10章 超聲波傳感器 超聲波及其物理性質(zhì) 超聲波及其物理性質(zhì) 振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動(dòng) ， 簡(jiǎn)稱波 。 其頻率在16~2 104 Hz之間 ， 能為人耳所聞的機(jī)械波 ， 稱為聲波；低于 16 Hz的機(jī)械波 ， 稱為次聲波；高于 2 104 Hz的機(jī)械波 ， 稱為超聲波 , 如圖 101所示 。 頻率在 3 108~3 1011 Hz之間的波 ， 稱為微波 。 第 10章 超聲波傳感器 圖 101 聲波的頻率界限圖 當(dāng)超聲波由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí) ， 由于在兩種介質(zhì)中傳播速度不同 ， 在介質(zhì)界面上會(huì)產(chǎn)生反射 、 折射和波型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象 。 第 10章 超聲波傳感器 超聲波的波型及其傳播速度 聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向的不同 ， 聲波的波型也不同 。 ① 縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波 ， 它能在固體 、 ② 橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于傳播方向的波 ， 它只能在固體介質(zhì)中傳播； ③ 表面波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)介于橫波與縱波之間 ， 沿著介質(zhì)表面?zhèn)鞑?， 其振幅隨深度增加而迅速衰減的波 ， 表面波只在固體的表面?zhèn)鞑?。 第 10章 超聲波傳感器 超聲波的傳播速度與介質(zhì)密度和彈性特性有關(guān) 。 超聲波在氣體和液體中傳播時(shí) ， 由于不存在剪切應(yīng)力 ， 所以僅有縱波的傳播 ， 其傳播速度 c為 nBc ?1?式中： ρ—— Ba—— 絕對(duì)壓縮系數(shù) 。 上述的 ρ、 Ba都是溫度的函數(shù) ， 使超聲波在介質(zhì)中的傳播速度隨溫度的變化而變化 ， 表 101為蒸餾水在 0～ 100℃ 時(shí)聲速隨溫度變化的數(shù)值 。 （ 101） 第 10章 超聲波傳感器 表 101 0～ 100℃ 范圍內(nèi)蒸餾水聲速隨溫度的變化 第 10章 超聲波傳感器 表 101 0～ 100℃ 范圍內(nèi)蒸餾水聲速隨溫度的變化 第 10章 超聲波傳感器 從表 101可見 ， 蒸餾水溫度在 0～ 100℃ 范圍內(nèi) ， 聲速隨溫度的變化而變化 ， 在 74℃ ， 大于 74℃ ， 聲速隨溫度的增加而減小 。 此外 ， 水質(zhì) 、 壓強(qiáng)也會(huì)引起聲速的變化 。 在固體中 ， 縱波 、 橫波及其表面波三者的聲速有一定的關(guān)系 ， 通?？烧J(rèn)為橫波聲速為縱波的一半 ， 表面波聲速為橫波聲速的90%。 氣體中縱波聲速為 344 m/s， 液體中縱波聲速在 900～1900m/s 。 第 10章 超聲波傳感器 聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì) ， 在兩個(gè)介質(zhì)的分界面上一部分聲波被反射 , 另一部分透射過界面 ， 在另一種介質(zhì)內(nèi)部繼續(xù)傳播 。 這樣的兩種情況稱之為聲波的反射和折射 ， 如圖102所示 。 第 10章 超聲波傳感器 圖 102 超聲波的反射和折射 第 10章 超聲波傳感器 由物理學(xué)知 ， 當(dāng)波在界面上產(chǎn)生反射時(shí) ， 入射角
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