波傳感器ppt課件-文庫吧資料
2025-01-20 23:58本頁面
【正文】 厚度、缺陷等 )與某些描述媒質(zhì)聲學(xué)特性的超聲量 (如聲速、衰減、聲阻抗等 )之間存在著的直接或間接關(guān)系，在探索到這些關(guān)系的規(guī)律之后就可通過超聲量的測定來測出那些待測的非聲量。 超聲波傳感器的工作原理 超聲波傳感器是檢測伴隨超聲波傳播的聲壓或介質(zhì)形變的裝置。 超聲波具有以下四個基本特性 : 上述基本特性使超聲波在媒體中產(chǎn)生如下效應(yīng)：機械效應(yīng)、熱學(xué)效應(yīng)、空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)和生物學(xué)效應(yīng)。超聲波的應(yīng)用都必須借助于超聲波探頭(換能器或傳感器 )來實現(xiàn)。超聲波技術(shù)是通過超聲波產(chǎn)生、傳輸及接收的物理過程完成的。為了實現(xiàn)對環(huán)境溫度變化的補償， SAW氣敏傳感器大多采用雙通道延遲線結(jié)構(gòu)。 放 大 器頻 率 輸 出膜 片S A W諧 振 器氣 體SAW壓力傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖 2. SAW氣敏傳感器 在 SAW氣敏傳感器中，要使 SAW器件對某些特殊氣體敏感，需要在延遲線的兩個叉指換能器之間，即聲表面波的傳播路徑上敷設(shè)一層具有特殊選擇性的吸附膜，該吸附膜只對所需敏感的氣體有吸附作用。由于敏感膜片受到的壓力與該作用力引起的 SAW振蕩器輸出頻率的變化具有對應(yīng)關(guān)系，因此通過測量 SAW的輸出頻率偏移，即可得知壓力的大小。由 SAWR構(gòu)成的聲表面波諧振器是目前在甚高頻和超高頻段實現(xiàn)高 Q值的唯一器件。 叉指換能器的基本結(jié)構(gòu) 叉指電極下某一瞬間的電場分布 2. 聲表面波諧振器 聲表面波諧振器有兩種實現(xiàn)方式。由于基片的逆壓電效應(yīng)，這個電場使指條電極間的材料發(fā)生形變，使質(zhì)點發(fā)生位移， EH使質(zhì)點產(chǎn)生平行于表面的壓縮 (膨脹 )位移， EV則產(chǎn)生垂直于表面的剪切位移。 當(dāng)在發(fā)射叉指換能器上施加適當(dāng)頻率的交流電信號后，在電基片內(nèi)部的電場分布如圖所示。一般是使被測量作用 SAW的傳播路徑，引起 SAW的傳播速度發(fā)生變化，從而使振蕩頻率發(fā)生變化，通過頻率的變化檢測被測量。 4. 與微處理器相連，接口簡單。 2. 結(jié)構(gòu)工藝性好，便于批量生產(chǎn)。 SAW傳感器主要有以下優(yōu)點。聲表面波諧振器的核心是叉指換能器。當(dāng)水聲換能器工作在接收狀態(tài)時，它的任務(wù)和發(fā)射狀態(tài)時相反，即先把水介質(zhì)中的聲信號通過機械振動系統(tǒng)耦合到電路中并變成電信號，然后再把電信號送到接收或指示設(shè)備上去。下圖是幾種常用的水聲設(shè)備的作用示意圖。下面介紹一種音響傳感器 ——水聽器。 護 蓋固 定 電 極膜 片電容式送話器結(jié)構(gòu)示意圖 4. 音響傳感器 音響傳感器包括：將聲音載于通信網(wǎng)的電話話筒；將可聽頻帶范圍 (20Hz~20KHz)的聲音真實地進行電變換的放音、錄音話筒；從媒質(zhì)所記錄的信號還原成聲音的各種傳感器等。如果在傳感器的兩極間串接負載電阻 RL和直流電流極化電壓 E，在電容量隨聲波的振動變化時，在 RL的兩端就會產(chǎn)生交變電壓。它由膜片、外殼及固定電極等組成，膜片為一片質(zhì)輕而彈性好的金屬薄片，它與固定電極組成一個間距很小的可變電容器。 壓電聲敏傳感器 可廣泛用于水聲 器件、微音器和 噪聲計等方面。下圖是壓電傳感器的結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)聲壓作用在膜片上時膜片產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻抗發(fā)生變化，檢測電路將這種變化轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出從而完成聲 電的轉(zhuǎn)換。接觸阻抗型聲敏傳感器的一個典型實例是碳粒式送話器，其工作原理如圖所示，當(dāng)聲波經(jīng)空氣傳播至膜片時，膜片產(chǎn)生振動，使膜片和電極之間碳粒的接觸電阻發(fā)生變化，從而調(diào)制通過送話器的電流，該電流經(jīng)變壓器耦合至放大器經(jīng)放大后輸出。聲敏傳感器的種類很多，按測量原理可分為壓電、電致伸縮效應(yīng)、電磁感應(yīng)、靜電效應(yīng)和磁致伸縮等等。 5. 聲波的多普勒效應(yīng) 0 xP P e ???20 xI I e ???4. 聲波的衰減 聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，衰減的程度以衰減系數(shù) ξ來表示。 由于在一定條件下，聲壓級、聲強級、聲功率級在數(shù)值上是相等的，因此，可將三者統(tǒng)一用聲級表示。 ① 聲壓級 (LP) 聲壓級 Lp指測量的聲壓 P與參考聲壓 Pref的比值取常用對數(shù)，再乘以 20, 單位為分貝 (dB)，即 式中，參考聲壓 Pref=2 105 Pa，為 1kHz時的聽閾。它是指單位時間內(nèi) (每秒鐘 )，聲波通過垂直于聲波傳播方向單位面積的聲能量，用符號 I表示，單位為 W
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