傳感器原理及工程應(yīng)用(第三版)郁有文1-5第10章(編輯修改稿)
2025-03-16 20:23 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 介質(zhì)的性質(zhì)和散射粒子的性質(zhì)有關(guān) 。 吸收衰減是由于介質(zhì)粘滯性 ， 使超聲波在介質(zhì)中傳播時造成質(zhì)點(diǎn)間的內(nèi)摩擦 ， 從而使一部分聲能轉(zhuǎn)換為熱能 ， 通過熱傳導(dǎo)進(jìn)行熱交換 ， 導(dǎo)致聲能的損耗 。 第 10章 超聲波傳感器 超聲波傳感器 利用超聲波在超聲場中的物理特性和各種效應(yīng)而研制的裝置可稱為超聲波換能器 、 探測器或傳感器 。 超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式 、 磁致伸縮式 、 電磁式等 ， 其中以壓電式最為常用 。 壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷 ， 這種傳感器統(tǒng)稱為壓電式超聲波探頭 。 它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的：逆壓電效應(yīng)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動 ， 從而產(chǎn)生超聲波 ， 可作為發(fā)射探頭； 而正壓電效應(yīng)是將超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號 ， 可作為接收探頭 。 第 10章 超聲波傳感器 超聲波探頭結(jié)構(gòu)如圖 103所示 ， 它主要由壓電晶片 、 吸收塊（ 阻尼塊 ） 、 保護(hù)膜 、 引線等組成 。 壓電晶片多為圓板形 ， 厚度為 δ。 超聲波頻率 f與其厚度 δ成反比 。 壓電晶片的兩面鍍有銀層 ， 作導(dǎo)電的極板 。 阻尼塊的作用是降低晶片的機(jī)械品質(zhì) ， 吸收聲能量 。 如果沒有阻尼塊 ， 當(dāng)激勵的電脈沖信號停止時 ， 晶片將會繼續(xù)振蕩 ， 加長超聲波的脈沖寬度 ， 使分辨率變差 。 第 10章 超聲波傳感器 圖 103 壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 第 10章 超聲波傳感器 超聲波傳感器應(yīng)用 超聲波物位傳感器是利用超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性而制成的 。 如果從發(fā)射超聲脈沖開始 ， 到接收換能器接收到反射波為止的這個時間間隔為已知 ， 就可以求出分界面的位置 ， 利用這種方法可以對物位進(jìn)行測量 。 根據(jù)發(fā)射和接收換能器的功能 ， 傳感器又可分為單換能器和雙換能器 。 單換能器的傳感器發(fā)射和接收超聲波使用同一個換能器 ， 而雙換能器的傳感器發(fā)射和接收各由一個換能器擔(dān)任 。 第 10章 超聲波傳感器 圖 104給出了幾種超聲物位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖 。 超聲波發(fā)射和接收換能器可設(shè)置在液體介質(zhì)中 ， 讓超聲波在液體介質(zhì)中傳播 ， 如圖 104（ a） 所示 。 由于超聲波在液體中衰減比較小 ， 所以即使發(fā)射的超聲脈沖幅度較小也可以傳播 。 超聲波發(fā)射和接收換能器也可以安裝在液面的上方 ， 讓超聲波在空氣中傳播 ， 如圖 104（ b） 所示 。 這種方式便于安裝和維修 ， 但超聲波在空氣中的衰減比較厲害 。 第 10章 超聲波傳感器 圖 104 幾種超聲物位傳感器的結(jié)構(gòu)原理示意圖 (a) 超聲波在液體中傳播； (b) 超聲波在空氣中傳播 第 10章 超聲波傳感器 對于單換能器來說， 超聲波從發(fā)射器到液面， 又從液面反射到換能器的時間為 22cthcht??則 （ 109） （ 1010） 式中： h—— 換能器距液面的距離； c—— 超聲波在介質(zhì)中傳播的速度。 第 10章 超聲波傳感器 對于如圖 104所示雙換能器，超聲波從發(fā)射到接收經(jīng)過的路程為 2s，而 2cts ?（ 1011）
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