【正文】 課堂練習 2. 右圖為熱釋電元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，請說明圖中 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，請說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)。 8. 超聲波換能器利用什么效應(yīng) ? 按測量方式有哪幾種形式。 6. 一壓電加速度計，專用電纜的長度為 ，電纜電容為 100pF，壓電片本身電容為 1000pF。 2. 壓電傳感器能否用于靜態(tài)測量？為什么？說明壓電式傳感器可以測量動態(tài)信號的頻率范圍與哪些因素有關(guān)。 ? 如何不用聲速求流速？ 12/ c ossin/ c ossinDtcDtc??????????? 實際應(yīng)用中傳感器安裝在管道外 ? 傳播時間為 : 傳感與檢測技術(shù) ? 辛格法流速測量 : 發(fā)送的超聲波由接收器檢出后，再發(fā)射下一個超聲波脈沖，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)動放大器 驅(qū)動放大器 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 傳感與檢測技術(shù) 多普勒流速測量法 ? 多普勒流速測量法 : 流體內(nèi)的微小顆粒物與流體有相同的移動速度，利用超聲波遇到物體會產(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 與流體一起移動的粒子 θ θ υ 接收器 ? 超聲波流速檢測 傳感與檢測技術(shù) 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 超聲波流量計 傳感與檢測技術(shù) 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 超聲波流量計 傳感與檢測技術(shù) 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 超聲波流量計 傳感與檢測技術(shù) ? 超聲波傳感器測密度 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測技術(shù) 傳感與檢測技術(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距原理。鉆井過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。 ? 用時鐘脈沖對這個信號的 發(fā)送和接收 之間的 延遲時間 進行計數(shù)，計數(shù)器的輸出值就是檢測的距離 。 ? 用時鐘脈沖對這個信號的 發(fā)送和接收 之間的 延遲時間 進行計數(shù)，計數(shù)器的輸出值就是檢測的距離。定時器控制觸發(fā)電路和門電路。 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測技術(shù) CP 超聲波傳感器接收報警電路 ? 超聲波檢測電路： 接收到的超聲波信號極微弱，需要 高增益 的放大電路用于檢測反射波，輸出的高頻信號電壓接檢波、放大、開關(guān)電路輸出或報警。 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 超聲波傳感器基本電路 傳感與檢測技術(shù) ? 超聲波傳感器基本電路包括振蕩 發(fā)射電路 、 檢測電路兩部分組成： 超聲波傳感器發(fā)射電路 調(diào)整振蕩器頻率 超聲波傳感器基本電路 ? 超聲波發(fā)射電路： 由反向器組成 RC振蕩器，經(jīng)門電路完成功率放大，經(jīng) CP耦合傳送給超聲波振子產(chǎn)生超聲發(fā)射信號。 ? 壓電晶片 為圓形薄片，超聲波 頻率 f與圓片厚度 成反比； ? 阻尼塊 吸收聲能，降低機械品質(zhì)，無阻尼時，電脈沖停止晶片會繼續(xù)振蕩，加長脈沖寬度，使分辨率變差； 傳感與檢測技術(shù) ? 超聲波傳感器類型結(jié)構(gòu) 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 ? 超聲波傳感器 類型 結(jié)構(gòu) 傳感與檢測技術(shù) 超聲波探頭結(jié)構(gòu) 動畫演示 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 ? 壓電晶片 為圓形薄片，超聲波 頻率 f與 壓電 圓片厚度 成反比； ? 阻尼塊 吸收聲能，降低機械品質(zhì)，無阻尼時，電脈沖停止晶片會繼續(xù)振蕩，加長脈沖寬度，使分辨率變差。 傳感與檢測技術(shù) ? 超聲波傳感器的工作形式 ? 超聲波傳感器結(jié)構(gòu) 主要由雙壓電振子、金屬電極、錐形共振盤、引腳組成。 ? 超聲波傳感器工作形式 傳感與檢測技術(shù) ＲＸ ＴＸ ＴＸ ＲＸ a）兼用型 ? 發(fā)射探頭 （ TX） ? 接收探頭 （ RX） 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 ? 超聲波傳感器的工作形式 ? 反射式 ? 直射式（透射式） ? 專用型； ? 兼用型； 傳感與檢測技術(shù) 各種超聲波傳感器產(chǎn)品 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 ? 目前市場銷售的超聲波傳感器有兩種工作形式： 專用型 、兼用型。 超聲波及物理特性 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 式中： 傳感與檢測技術(shù) 超聲波傳感器 ? 超聲波傳感器有壓電式、磁致伸縮式、電磁式，其中最常用的是壓電式。 ? 液體中 聲速傳播速度在 900～ 1900m/s， 在液體和氣體中只有縱波 的傳播。 ? 波在媒質(zhì)中傳播的速度決定于媒質(zhì)的彈性（彈性模量）和慣性（密度）， 傳播速度與介質(zhì)密度有關(guān) : 傳感與檢測技術(shù) 超聲波及物理特性 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 鋼鐵中 在水中 例如，聲波在 空氣中 速度 1sm340 ??1sm1500 ??1sm5000 ??? 金屬、木材、玻璃、混凝土、橡膠和紙張可近乎 反射 100% 的超聲速 ，因此檢測這些物體時較容易發(fā)現(xiàn)。 縱波 橫波 傳感與檢測技術(shù) 超聲波及物理特性 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 1 ,cBB ?? ??? 為 介 質(zhì) 密 度 ， 為 絕 對 壓 縮 系 數(shù)? 超聲波在 空氣中傳播速度較慢 ， 為 344m/s（ 20℃ 時） 速度低、波長短，意味著可獲得較高的 距離 、 方向 分辨率。 機械波、電磁波、物質(zhì)波 ? 波動的種類 能傳播機械振動的媒質(zhì)（空氣，水，鋼鐵等） ? 介質(zhì) 作機械振動的物體（聲帶，樂器等） ? 波源 傳感與檢測技術(shù) ? 超聲波以直線傳播方式， 頻率越高 繞射越弱 ，但 反射越強 ，利用這種性質(zhì)可以制成 超聲波測距 傳感器； ? 超聲波 在液體、固體 中衰減很小， 穿透能力強 ，特別是不透光的固體能穿透幾十米，利用這種性質(zhì)可以制成 超聲波探傷 傳感器。 ? 當超聲波從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時，在界面上會產(chǎn)生 反射、折射 和 波形轉(zhuǎn)換 ； 超聲波及物理特性 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 超聲波的反射和折射 ? 超聲波傳感器是通過超聲波的 產(chǎn)生 → 傳播 → 接收 等物理過程完成。它的指向性很好，能量集中，因此穿透本領(lǐng)大，能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。 超聲波塑料焊接機 超聲波金絲焊接機 超聲波被聚焦后，具有較好的方向性，在遇到兩種介質(zhì)的分界面時，能產(chǎn)生明顯的反射和折射現(xiàn)象，類似于光波。 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測技術(shù) 蝙蝠依靠超聲波捕食 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測技術(shù) 超聲波與可聞聲波不同，它可以被聚焦，具有能量集中的特點。 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 傳感與檢測技術(shù) 美妙的音樂可使人陶醉。 傳感與檢測技術(shù) ? 聲波 為一種 機械波 ，人耳聽到的頻率在 16Hz～ 20kHz； ? 頻率低于 16Hz的機械波稱為 次聲波 ； ? 頻率高于 20kHz的機械波稱為 超聲波 ； ? 頻率在 300MHz ～ 300GHz之間的波稱為 微波 ； ? 頻率超過 20kHz的聲音 為 超聲波， 是人耳無法聽到的。接地之間的電位差 △ U會形成回路電流產(chǎn)生噪聲，消除接地回路噪聲的有效方法是整個系統(tǒng)在一點接地。 加速度和速度傳感器振動測量 傳感與檢測技術(shù) 第 7章 壓電元件與超聲波傳感器 壓電傳感器的應(yīng)用 測量 儀器 前置 放大 傳感器 壓電傳感器 簡單測量系統(tǒng) ? 壓電傳感器使用時，要充分考慮環(huán)境溫度、濕度的影響，基座的應(yīng)變、電纜噪聲的影響。 ? 將帶有磁座的加速度和速度傳感