【正文】 555構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生 40KHz等幅波放大送功放輸出； 接收電路： 放大、檢波， 信號(hào)處理 根據(jù)被測(cè)物體的距離設(shè)定反射脈沖時(shí)間， 調(diào)整振蕩器觸發(fā)時(shí)間。定時(shí)器控制觸發(fā)電路和門(mén)電路。 超聲波傳感器基本電路 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) ? 40kHz高頻信號(hào)與 20Hz周期信號(hào) 調(diào)制 成短脈沖群向外發(fā)送 :周期 T=1/20=50ms，超聲波在空氣中傳播速度為： 340m/s 50ms= 17m， 17m/2=850cm ? 測(cè)距通過(guò) 定時(shí) 控制電路、 觸發(fā) 電路、 門(mén)電路 變換為與距離有關(guān)的信號(hào) 。 ? 用時(shí)鐘脈沖對(duì)這個(gè)信號(hào)的 發(fā)送和接收 之間的 延遲時(shí)間 進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的輸出值就是檢測(cè)的距離。 ? 時(shí)鐘周期 T=1/40kHz=25μm ? 340m/s (n 25μs) = 往返距離 ? 單程距離 = 往返距離 /2 ? 超聲波傳感器測(cè)距原理 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) ? 40kHz高頻信號(hào)與 20Hz周期信號(hào) 調(diào)制 成短脈沖群向外發(fā)送 : 周期 T=1/20Hz=50ms 超聲波在空氣中傳播速度 340m/s 50ms= 17m 17m/2=850cm ? 測(cè)距通過(guò) 定時(shí) 控制電路、 觸發(fā) 電路變換為與距離有關(guān)的信號(hào) 。 ? 用時(shí)鐘脈沖對(duì)這個(gè)信號(hào)的 發(fā)送和接收 之間的 延遲時(shí)間 進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的輸出值就是檢測(cè)的距離 。 ? 時(shí)鐘周期 T=1/40kHz=25μS ? 340m/s (n 25μS) = 往返距離 ? 單程距離 = 往返距離 /2 超聲波測(cè)距原理時(shí)序波形示意圖 ? 超聲波傳感器測(cè)距原理 接收信號(hào) 超聲波傳感器基本電路 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) 超聲波傳感器基本電路 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 超聲波傳感器基本電路 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) 超聲波傳感器基本電路 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) 超聲波發(fā)送接收電路 超聲波傳感器基本電路 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) 醫(yī)學(xué)超聲波檢測(cè) 采用多普勒效應(yīng) 超聲波傳感器應(yīng)用 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 超聲波頻譜分析 測(cè)流量 傳感與檢測(cè)技術(shù) 超聲波測(cè)厚 超聲波傳感器應(yīng)用 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 超聲波液位計(jì) 傳感與檢測(cè)技術(shù) ? 超聲波防盜報(bào)警器 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) 接收連續(xù)信號(hào) 接收信號(hào)被調(diào)制 延遲時(shí)間 接收脈沖信號(hào) 直接傳播信號(hào) （測(cè)距） ? 超聲波檢測(cè)液位 h h s h 2a h 2a s ? 超聲波在空氣中傳播 衰減大 但在液體中傳播 衰減小 ? 單換能器 從發(fā)射到接收的時(shí)間 t = 2h/C 傳感器到液面的距離 h = ct/2 ? 雙換能器 經(jīng)過(guò)的路程： 2S = ct 液位高度： 22h s a??C 超聲波在介質(zhì) 中傳播速度 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 ? 超聲波傳感器可用于 測(cè)量鉆井泥漿液位 傳感器； ? 因?yàn)殂@井過(guò)程中自始自終要監(jiān)測(cè)泥漿液面。鉆井過(guò)程中液位傳感器有著重要的意義，它確保快速、優(yōu)質(zhì)安全鉆井。 傳感與檢測(cè)技術(shù) 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) ? 超聲波檢測(cè)液位 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) ? 超聲波檢測(cè)厚度 ? 超聲波探傷傳感器 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) ? 超聲波傳感器探傷 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) ? 超聲波傳感器探傷 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) 超聲波流速測(cè)量 ? 超聲波流速檢測(cè) ? 超聲波在 靜止流體 和 流動(dòng)流體 中的傳播速度是不同的 , ? 分別在流體 上游 和 下游 放兩個(gè)傳感器 , ? 同時(shí)發(fā)送、接收， 順流 和 逆流 超聲波傳播時(shí)間分別為 : 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 1 2 2 1 222L L Lt t t t tc c c?? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?順 流 ： ， 逆 流 ： ， 時(shí) 間 差 ：? 流體流速 υ 遠(yuǎn)小于超聲波在流體中傳播速度 c υ ； ? 可 求出近似流速 ： 管道內(nèi) 傳感器 2 傳感器 1 電路 υ B2 L B1 22c tL? ?? 傳感與檢測(cè)技術(shù) 超聲波流速測(cè)量 ? 超聲波流速檢測(cè) 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感器 1 管道外 θ D υ 傳感器 1 ? 這種方法必須準(zhǔn)確求出介質(zhì)中 超聲波速度 c ,否則會(huì)引入誤差。 ? 如何不用聲速求流速？ 12/ c ossin/ c ossinDtcDtc??????????? 實(shí)際應(yīng)用中傳感器安裝在管道外 ? 傳播時(shí)間為 : 傳感與檢測(cè)技術(shù) ? 辛格法流速測(cè)量 : 發(fā)送的超聲波由接收器檢出后，再發(fā)射下一個(gè)超聲波脈沖，形成連續(xù)的脈沖發(fā)射狀態(tài)，脈沖的發(fā)射頻率為： 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 1 c oscftl?????接收器 f1 f2 驅(qū)動(dòng)放大器 驅(qū)動(dòng)放大器 檢出放大器 檢出放大器 發(fā)送器 發(fā)送器 接收器 υ θ θ L 求出流速： 不用聲速求流速 ? ?122 c o sl f f? ???? 超聲波流速檢測(cè) 傳感與檢測(cè)技術(shù) 多普勒流速測(cè)量法 ? 多普勒流速測(cè)量法 : 流體內(nèi)的微小顆粒物與流體有相同的移動(dòng)速度，利用超聲波遇到物體會(huì)產(chǎn)生反射，并且傳播頻率發(fā)生變化； ? 這種多普勒效應(yīng)可以求出流速 : 接收頻率 f1和發(fā)送頻率 f2的差，稱(chēng)多普勒頻率 f 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 2 1 22 c o sf f f fc??? ? ?f1 f2 發(fā)射器 與流體一起移動(dòng)的粒子 θ θ υ 接收器 ? 超聲波流速檢測(cè) 傳感與檢測(cè)技術(shù) 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 超聲波流量計(jì) 傳感與檢測(cè)技術(shù) 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 超聲波流量計(jì) 傳感與檢測(cè)技術(shù) 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 超聲波流量計(jì) 傳感與檢測(cè)技術(shù) ? 超聲波傳感器測(cè)密度 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測(cè)技術(shù) 傳感與檢測(cè)技術(shù) 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 本章小結(jié)： ? 壓電效應(yīng) 、壓電材料、 壓電元件及結(jié)構(gòu)形式 ； ? 壓電傳感器等效電路 ? 測(cè)量電路 （ 1）電壓放大器 （ 2）電荷放大器； ? 壓電傳感器的應(yīng)用 ? 超聲波傳感器及超聲波傳感器測(cè)距原理。 習(xí)題與思考題 1. 什么是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)？縱向壓電效應(yīng)和橫向壓電效應(yīng)的區(qū)別是什么？試結(jié)合壓電晶體加以說(shuō)明。 2. 壓電傳感器能否用于靜態(tài)測(cè)量？為什么？說(shuō)明壓電式傳感器可以測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)的頻率范圍與哪些因素有關(guān)。 ？它們分別適用于什么場(chǎng)合？ 4. 己知電壓前置放大器輸人電阻及總電容分別為 R=1MΩ，C=100pF，求與壓電加速度計(jì)相配測(cè) 1Hz振動(dòng)時(shí)幅值誤差是多少？ 習(xí)題與思考題 5. 用石英晶體加速度計(jì)及電荷放大器測(cè)量加速度， 已知：加速度計(jì)靈敏度為 5pc/g，電荷放大器靈敏度為 50mV/pc，當(dāng)機(jī)器加速度達(dá)到最大值時(shí)，相應(yīng)輸出電壓 幅值為 2V，試求該機(jī)器的振動(dòng)加速度。 6. 一壓電加速度計(jì)，專(zhuān)用電纜的長(zhǎng)度為 ，電纜電容為 100pF，壓電片本身電容為 1000pF。出廠標(biāo)定電壓靈敏 度為 100V/q，若使用中改用另一根長(zhǎng) 為 300pF，問(wèn)其電壓靈敏度如何改變？ 7. 根據(jù)超聲波物理性質(zhì)說(shuō)明超聲波在介質(zhì)中傳播有哪些特征 , 利用這些特征超聲波傳感器可以進(jìn)行哪些檢測(cè)。 8. 超聲波換能器利用什么效應(yīng) ? 按測(cè)量方式有哪幾種形式。 簡(jiǎn)述超聲波傳感器距原理。 課堂練習(xí) 2. 右圖為熱釋電元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，請(qǐng)說(shuō)明圖中 FET是什么元件， Rg與 FET起什么作用 ? 1. 下圖為超聲波傳感器的三種基本應(yīng)用方式，請(qǐng)說(shuō)明它們分別為什么工作方式，并解釋發(fā)射與接收器件分別利用什么效應(yīng)。