【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 動(dòng) 徑向振動(dòng) 如 壓電圓片 ： 串聯(lián)諧振阻抗極小。 31 (2) 阻抗 匹配 使 和 振蕩電路的末級(jí)功放 管的輸出阻抗相匹配。 iR2 iN R R?RiRR 當(dāng)頻率較高、電纜較長(zhǎng)時(shí)，可用兩個(gè)匹配變壓器 ： a. 發(fā)射電路的輸出阻抗與電纜的特性阻抗相匹配， (3) 反饋問(wèn)題 在換能器上添加一個(gè)獨(dú)立的電極 ， 或在換能器串電阻 ， 提供電壓反饋信號(hào) 。 167。 32 2． 減幅振蕩脈沖發(fā)射電路 應(yīng)用：由減幅率來(lái)測(cè)定某些物理量 (如粘度等 )、 要求盲區(qū)較小的測(cè)量技術(shù)中 (如較短距離的測(cè)位技術(shù) 等 )、薄層厚度的超聲測(cè)厚技術(shù)等。 主控振蕩器確定發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率 ； u 主控 重復(fù)周期 u 167。 + 33 （ 3） 并聯(lián)一個(gè)電阻 能使振幅迅速衰減，但第一上 升脈沖值也將減小。 （ 2） （ 振動(dòng)內(nèi)耗 ）增大 ， 減幅率增大，使用 吸收 塊 ；但 增大將使第一上升脈沖的幅值有所 降低，使得分配到 的能量減小。 R（上述措施不足以得到單個(gè)的尖脈沖。） ? 獲得單個(gè)的尖脈沖的方法 ： ?兩個(gè)減幅振蕩迭加 . ?縮短盲區(qū)時(shí)注意的問(wèn)題 ： 厚度振動(dòng) 徑向振動(dòng) ?減小徑向振動(dòng)的振幅 ： 選用厚度振動(dòng)參數(shù)大，徑向振動(dòng)參數(shù)小的壓電材料。 （ 頻率很低，衰減極慢 ） （ 衰減極快 ） 使盲區(qū)增大 ?如何增大減幅率 ? （ 1） 愈大減幅愈快 。 由減幅率來(lái)測(cè)量 負(fù)載阻抗 。 LR0R0RLR167。 34 3. 波形按一定方式調(diào)制的脈沖發(fā)射電路 主控振蕩器（決定脈沖的重復(fù)頻率）： 單穩(wěn)電路（決定等幅脈沖波的寬度）： 重復(fù)周期 振鈴電路輸出 ： 換能器上的脈沖波形 ： 減幅振蕩的形成原因和縮短其寬度的措施同上。 優(yōu)點(diǎn) ： （ 1）脈沖總能量較大，遠(yuǎn)距離檢測(cè)。（ 2）其他振動(dòng)模式的影響較小； 缺點(diǎn) ： 盲區(qū)較長(zhǎng)。 應(yīng)用 ： 盲區(qū)要求不高，傳播距離較大，對(duì)頻率有一定要求的情況下 。 矩形調(diào)幅的脈沖波發(fā)射電路： （等幅余弦波列脈沖） 167。 35 167。 接收 電 路 保證波形不失真 ：接收換能器應(yīng)選用機(jī)械 Q值較低的材料，電路 Q值也應(yīng)低些。 發(fā)射、接收兩用換能器應(yīng)采用限幅電路。 并聯(lián)限幅電路 串聯(lián)限幅電路 u + （ ＋ ） 作用： 將接收換能器輸出的較小的電信號(hào)進(jìn)行充分放大。 放大電路 （ 1）脈沖波形不失真，幾級(jí)放大器的頻帶不宜太窄。 未充分放大時(shí)最好先甄去噪音。 以一定的下限頻率截去工業(yè)噪聲 高通慮波器。 脈沖放大器問(wèn)題： － （ － ） 167。 發(fā) 射 電 路和接收 電 路 36 （ 2）放大器應(yīng)有足夠的增益， 可精確測(cè)定傳播時(shí)間。 （ 3）當(dāng)媒質(zhì)衰減較大或所測(cè)的距離遠(yuǎn)近變化很大時(shí)，應(yīng)有自動(dòng)距離增益補(bǔ)償電路。 使遠(yuǎn)近信號(hào)都變得一樣大，避免了由不同周的波觸發(fā)時(shí)所引起的測(cè)量誤差。 聲時(shí) t1 聲時(shí) t2 誤差 t?增益大 增益小 閾值 閾值 第一周期 第二周期 閾值 閾值 無(wú)自動(dòng)增益 有自動(dòng)增益 距離 距離 按指數(shù)衰減 167。 接收 電 路 發(fā)射 接收 發(fā)射 接收波 37 距離 增益 V c 自動(dòng)距離增益補(bǔ)償電路。 Vi V c r R V+ C1 C2 R R1 R2 r 時(shí)間 （ 4）放大器保證具有足夠的穩(wěn)定性 。采用適當(dāng)?shù)拇胧? 167。 接收 電 路 38 5. 發(fā) 射 電 路種 類、原理 ； 6. 調(diào)諧匹配 ； 7. 接收 電 路 限幅電路、脈沖放大器問(wèn)題。 1. 壓電材料及壓電效應(yīng) ； 2. 壓電晶 體 等效電路及 幾個(gè)主要參數(shù)； 3. 探 頭 的 種類； 4. 直探 頭、 斜探 頭、 彎曲振動(dòng)型換能器 ； 第二章 超聲波換能器 39 第三章 聲速、衰減和聲阻抗的 測(cè) 量及其在媒 質(zhì) 特性分析上的 應(yīng) 用 超聲量和媒質(zhì)的特性及狀態(tài)等有關(guān) . 本章的重點(diǎn) :掌握 聲速 測(cè) 量 的幾種 方法 、 兩種聲速連續(xù)測(cè)量的脈沖方法 。 了解聲速測(cè)量在媒質(zhì)特性分析方面的應(yīng)用實(shí)列 。 主要誤差來(lái)源，減小溫度影響 的幾種措施。了解衰減和阻抗的測(cè)量原理及其在媒質(zhì)特性分析上的應(yīng)用。 167。 測(cè) 量方法 167。 涉 法 原理 ： 測(cè)定聲波波長(zhǎng) 和頻率 來(lái) ， 求聲速 。 ? f兩種測(cè)量 方法 : (1)變程超聲干涉儀 ： 固定頻率 ， 調(diào)整傳播距離 L f ?c共振狀態(tài) (2)定程超聲干涉儀 ： 固定的傳播距離 L , 改變頻率 求出聲速 f ?cf?? g共振干涉法、臨界角法、相位比較法、脈沖法等。 40 1. 變程超聲干涉儀 原理：由傳輸線方程 或 情況 LSZZ始端 ： 共振條件： 反共振條件 ： 2nLn??( 2 1 ) 4nLn ??? 0Z0Z極大 極小 頻率 一定 ， 一定 ， 調(diào)整傳播距離 L， 達(dá)到共振 , i 有極大值。 ?21 2LL??? 212( )LL? ??0f0cf??（ 主要用于流體 ） 雙晶片干涉儀 ：用 接收換能器來(lái)代替反射板 。 對(duì) 衰減比較大的媒質(zhì)也能測(cè)量。 特點(diǎn)： 電路比較簡(jiǎn)單 ， 測(cè)量精度又高 ， 用 于實(shí) 驗(yàn)室 。 加工精度要求高，測(cè)量較費(fèi)時(shí)，很難適于工業(yè) 生產(chǎn)流程上應(yīng)用。 0 ()SZ j Z c t g k L??LZ ??167。 0Z0fLZ41 2 . 定程干涉儀 （用于固體） 傳輸線方程： 0LZ ? ()SLZZ0 SZ j Z t g kL?共振條件 ： 2nLn??調(diào)節(jié) f 0ZSZLZL 原理：調(diào)節(jié) 從 0 ，電壓極大，基頻共振。 1f12L??11cf??如 找到 連續(xù)兩個(gè)共振頻率 和 則 1fm＋mf11mmf f f??? 計(jì)數(shù)頻率計(jì)精度高，可以精確地測(cè)定基頻 。 167。 42 167。 臨 界角法 c液 ： 液體聲速 ； c縱 ： 固體縱波 聲 速 ； c橫 ： 橫波 聲 速 。 s i n s i n s i nc c c? ? ?縱液橫＝＝如果 有兩個(gè) 全反射的臨界角 ： c液 ? c橫 ? c縱第一個(gè)臨界角 ： 0? 縱 0s i n cc? ?縱縱 液第二個(gè)臨界角 ： 0?橫 0s i n cc? ?橫 液 橫 已知 ， 測(cè)出 、 ， 計(jì)算 和 。 c液 0? 縱0?橫 c橫c縱（ 1）反射法 ：在 A處接收， 接受信號(hào)第一次出現(xiàn)極大值 ??接受信號(hào)第二次出現(xiàn)極大值 （ 2）透射法 ：在 B處接收， 接受信號(hào)第一次出現(xiàn)極小值 ??接受信號(hào)第二次出現(xiàn)極小值 ?? 0縱?? 0縱?? 0橫?? 0橫方法 ? 兩種方法 可采用脈沖波，也可采用連續(xù)波。 可 簡(jiǎn)易地測(cè)多數(shù)材料的橫波速度，而且精度亦能滿足一般要求。 特點(diǎn) : 反射法：可測(cè)量衰減大的固體，可一面磨光，調(diào)節(jié)麻煩（收、發(fā)同調(diào)）。 投射法：和反相法相反。 167。 43 b. 當(dāng) 由 里 薩如 圖 形 重復(fù)出現(xiàn) m 次，說(shuō)明 相位差 變化 167。 較 法 觀察 里薩如圖形 進(jìn)行測(cè)量。 發(fā)射波和接收波之間的 相位差 ： ?2 / 2 /T f L c L? ? ? ? ?? ? ?方法 (1) : 固定，改變 L ,每改變一個(gè) ， 里 薩如 圖 形 重復(fù)出現(xiàn)一次，得 21=L L? ?f ?cf??方法 (2) : L 固定，改變 , 也隨著變化。 a. 當(dāng) 由 里 薩如 圖 形 重復(fù)出現(xiàn)一次，說(shuō)明 相位差 改變 。 f ?1nnff ??12 ( ) / 2nnf f L c? ? ??? ? ? ?1()nnc f f L???2?f n n mff ?? 2m ?( ) /n m nc f f L m???f 相位比較法可以測(cè)量聲速的變化 。 聲速 里薩如圖形 ，改變信號(hào) 發(fā)生器的頻率使波形不變， 從頻率變化的大小就可以知道聲速變化的大小 。 發(fā)射連續(xù)超聲波 f167。 T:聲時(shí) 44 167。 脈沖法 測(cè)定媒質(zhì)的聲速和衰減 。 透射法 反射法 t 1tt 1t 2t2t212 Lctt? ?212 Lt t Tc? ? ? 透射法 反射法 縱 橫 T:傳播時(shí)間，有多種方法測(cè)量。 21Lctt? ?21Lt t Tc? ? ?167。 45 167。 測(cè) 量傳播時(shí)間的脈沖聲速 儀 167。 工作原理 超聲波透過(guò)一定長(zhǎng)度的媒質(zhì)所需的時(shí)間 為 傳 播 時(shí)間 T (簡(jiǎn)稱聲時(shí) )。 測(cè)量方法 簡(jiǎn)單的 ： 示波器上借助時(shí)標(biāo)讀出聲時(shí) 。 精確 、 常用 的 ： 時(shí)標(biāo)脈沖計(jì)數(shù)測(cè)量聲時(shí) 。 ?a b c d e f 多次 測(cè)量 p次 ， 然后 ， 進(jìn)行數(shù)字平均 ， 可以更精確地測(cè)量傳播時(shí)間 。 a b c d e f 延時(shí) T 發(fā)射 回波 重復(fù)周期 46 減小觸發(fā)延時(shí)的措施 : (1)使 接收信號(hào)的頻率高、 增益高（ 幅度高 ）、 觸發(fā)電平低 。 方法 1： 用 聲速已知的媒質(zhì) （ 如 20℃ 蒸餾水 ： ＝ 1482． 66米／秒 ）， 使超聲波傳播 167。 測(cè)時(shí)誤 差和修正方法 1. 測(cè)量誤差 聲時(shí) ： 0TT ?? ? ?： 聲波在媒質(zhì)中聲時(shí) 0T： 額外的延時(shí) ?????? 電路中的觸發(fā)電平延時(shí) 電路滯后延時(shí) 電纜中的延時(shí) 聲波透過(guò)耦合層和探頭透聲 層 的延時(shí) ?固定 不固定 閾值 誤差 (2)自動(dòng)增益控制，監(jiān)視接收信號(hào)幅度，使幅度一樣高。 （ 3）找最大值點(diǎn)，微分、過(guò)零比較等。 2. 修正方法 求 ??0c 用聲速儀 測(cè)得的聲時(shí) 為 ， 得 ： L00LTc?T00 ()T T T L c?? ? ? ? ?一定聲程 ， 理論 聲時(shí) 為 167。 測(cè)量傳播時(shí)間的脈沖聲速儀 47 (1)在固定媒質(zhì)中改變聲程 。 方法 2： 變聲程法 L聲速儀測(cè)得的聲時(shí) 聲程 11LT?22LT?12012( ) ( )LLcTT????? ? ? ??得： 2 1 1 212()()T L T LLL????? (2)如果不改變聲程 ， 利用一次回波和二次回波 ， 212LL?122 TT?? ? ?探頭 反射板 L 求出額外的延時(shí)后 ， 在對(duì)其他媒質(zhì)進(jìn)行測(cè)量時(shí) ， 如果保持接收幅度不變 ， 就可用正確的聲時(shí) 求出 ： 0TT ?? ? ?1L 2L1T2Tt 002LcT?L1 L2 發(fā) 收 1 收 2 167。 差和修正方法 48 167。 脈沖回 鳴 法 回轉(zhuǎn)發(fā)射的電路 回嗎法 或 團(tuán)轉(zhuǎn)法電路 。 脈沖的