[機(jī)械儀表]超聲波傳感器(編輯修改稿)
2025-04-18 08:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1~5MHz 接觸法雙晶直探頭 將兩個(gè)單晶探頭組合裝配在同一殼體內(nèi)， 其中一片發(fā)射超聲波 ， 另一片接收超聲波 。兩晶片之間用一片吸聲性能強(qiáng)、絕緣性能好的薄片加以隔離。 雙晶探頭的結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜些，但 檢測(cè)準(zhǔn)確度比單晶直探頭高 ，且超聲信號(hào)的反射和接收的控制電路簡(jiǎn)單 。 發(fā)射晶片 接收晶片 各種雙晶直探頭 焦距范圍： 5~40mm, 頻率范圍： ~5MHz，在鋼中的折射角： 45? ~70? 接觸法雙晶斜探頭（續(xù)） 水浸探頭 （可用自來水作為耦合劑） 選擇聲透鏡形狀，可決定聚焦形式為點(diǎn)聚焦或線聚焦。 聚焦探頭 由于超聲波的波長(zhǎng)很短（ 毫米 數(shù)量級(jí) ），所以它也類似光波，可以 被聚焦成十分細(xì)的聲束，其直徑可小到 1mm左右 ， 可以分辨試件中細(xì)小的缺陷 ，這種探頭稱為聚焦探頭。 聚焦探頭采用 曲面晶片 來發(fā)出聚焦的超聲波；也可以采用兩種不同聲速的塑料來制作 聲透鏡；也可以利用類似光學(xué)反射鏡的原理制作聲 凹面鏡來聚焦超聲波 。 聚焦探頭原理及外形 水浸聚焦探頭 超聲波探頭中的壓電陶瓷芯片 將 數(shù)百伏 的超聲電脈沖 加到壓電晶片上，利用 逆壓電效應(yīng) ，使晶片發(fā)射出持續(xù)時(shí)間很短的超聲振動(dòng)波。當(dāng)超聲波經(jīng)被測(cè)物反射回到壓電晶片時(shí)， 利用壓電效應(yīng)，將機(jī)械振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成同頻率的交變電荷和電壓。 壓電陶瓷的主要性能指標(biāo) (1) 介電常數(shù) ： 1000~6000 (2) 壓電靈敏度 D33 ： 300~600pC/N ( 3) 機(jī)械品質(zhì)因素 Q： 100~2022 (4) 居里溫度： 300~400℃ (5）靜電容： 1000 ~ 100000pF（與面積有關(guān)） ( 6）頻率范圍 (與壓電陶瓷的寬厚比有關(guān) )： 用于超聲清洗： 30~100kHz 用于探傷儀及流量計(jì)： ~5MHz 用于霧化器： 1~2MHz 超聲波探頭不能直接在被測(cè)物表面摩擦， 必須在探頭和被測(cè)物表面之間加入耦合劑 耦合劑 的 種類和選擇 超聲探頭與被測(cè)物體接觸時(shí)，探頭與被測(cè)物體表面間存在一層 空氣薄層 ，空氣 將引起三個(gè)界面間強(qiáng)烈的雜亂反射波，造成干擾，并造成很大的衰減 。為此， 必須將接觸面之間的空氣排擠掉 。 在工業(yè)中，經(jīng)常使用耦合劑，使之 充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用 。常用的耦合劑有 自來水、機(jī)油、甘油、膠水、化學(xué)漿糊 等。 空氣超聲探頭 a） 超聲發(fā)射器 b）超聲接收器 1— 外殼 2— 金屬絲網(wǎng)罩 3— 錐形共振盤 4— 壓電晶片 5— 引腳 6— 阻抗匹配器 7— 超聲波束 空氣超聲探頭（續(xù)） 空氣超聲探頭外形 空氣超聲探頭外形（續(xù)） 空氣傳導(dǎo)超聲波電脈沖發(fā)生器 第三節(jié) 超聲波傳感器的應(yīng)用 當(dāng)超聲發(fā)射器與接收器分別置于被測(cè)物兩側(cè)時(shí)，這種類型稱為透射型。透射型可用于遙控器、防盜報(bào)警器、接近開關(guān)等。 超聲發(fā)射器與接收器置于同側(cè)的屬于反射型 。 反射型超聲波傳感器 可用于 接近開關(guān)、測(cè)距、測(cè)液位或物位、金屬探傷以及測(cè)厚 等。 回目錄 超聲波傳感器應(yīng)用舉例 超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)） 超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)） 質(zhì)量檢查 緊固件的安裝錯(cuò)誤檢測(cè) 疊放 高度測(cè)量 超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)） 超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)） 物 件放置錯(cuò)誤檢測(cè) 超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)） 透明塑料張力控制 機(jī)械手定 位 超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)） 紙卷直徑檢測(cè) 超聲波傳感器 應(yīng)用舉例（續(xù)） 平整度測(cè)量 超聲波傳感器應(yīng)用舉例（續(xù)） 超長(zhǎng)距離檢測(cè) 超聲波傳感器 應(yīng)用舉例（續(xù)） 流水線計(jì)數(shù) 超聲波傳感器 應(yīng)用舉例（續(xù)） 超聲波流量計(jì) F1發(fā)射的超聲波先到達(dá) T1 F2發(fā)射的超聲波后到達(dá) T2 測(cè)量流量原理分類 時(shí)間差法測(cè)量流量原理：在被測(cè)管道上下游的一定距離上，分別安裝兩對(duì)超聲波發(fā)射和接收探頭（ F1， T1）、（ F2， T2），其中 F1，T1的超聲波是順流傳播的，而 F2， T2的超聲波是逆流傳播的。由于這兩束超聲波在液體中傳播速度的不同，測(cè)量?jī)山邮仗筋^上超聲波傳播的時(shí)間差 ?t，可得到流體的平均速度及流量。 F1發(fā)射的超聲波到達(dá) F2的時(shí)間較短 頻率差法測(cè)量流量原理 ： F F2 是完全相同的超聲探頭，安裝在管壁外面，通過電子開關(guān)的控制，交替地作為超聲波發(fā)射器與接收器用。首先由 F1發(fā)射出第一個(gè)超聲脈沖，它通過管壁、流體及另一側(cè)管壁被 F2接收，此信號(hào)經(jīng)放大后再次觸發(fā) F1的驅(qū)動(dòng)電路，使 F1發(fā)射第二個(gè)聲脈沖 。緊接著，由 F2發(fā)射超聲脈沖，而 F1作接收器，可以測(cè)得 F1的脈沖重復(fù)頻率為 f1。同理可以測(cè)得 F2的脈沖重復(fù)頻率為 f2。順流發(fā)射頻率 f1與逆流發(fā)射頻率 f 2的頻率差 ? f與被測(cè)流速 v成正比 。 F2 F1 頻率差法測(cè)量流量分析過程 首先由 F1順流發(fā)射出第一個(gè)超聲脈沖，它通過管壁、流體及另一側(cè)管壁，被 F2接收， F2的輸出電壓經(jīng)放大后，再次觸發(fā) F1的驅(qū)動(dòng)電路，使 F1發(fā)射第二個(gè)聲脈沖，以此類推。在第一個(gè)時(shí)間段 t1里， F1的脈沖重復(fù)頻率為 式中 α —— 超聲波束與流體的夾角； v —— 流體的流速； D —— 管道的直徑 1c o s ( c o s ) sin/ sinc v c vfDD? ? ??????12sin
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