超声波传感器1PPT优秀课件
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《超声波式传感器》课件
线路板和控制芯片
传感器上的线路板和控制芯片负责信号处理和数据传输。
优缺点分析
优点
非接触式，精度高，测量范围广。
缺点
受环境因素影响，检测路线受限。
应用实例
航空天领域
超声波式传感器用于飞机导航系 统和无人机避障。
工业自动化
超声波式传感器用于物体检测和 测距。
消费电子
超声波式传感器用于手势识别和 智能家居控制。
超声波式传感器
超声波式传感器是一种非接触式传感器，适用于各种应用场景。本课件将介 绍其工作原理、结构组成、优缺点分析、应用实例和发展前景。
介绍
1 什么是超声波式传感器
超声波式传感器利用超声波的发射和接收来测量距离和探测物体的位置。
2 常见的应用场景
超声波式传感器广泛应用于航空航天、工业自动化和消费电子等领域。
发展前景
1 技术不断革新
超声波式传感器的技术不断发展，性能不断提升。
2 应用领域不断拓展
超声波式传感器在医疗、安防等领域有着广泛的应用前景。
3 市场需求增长
随着智能设备的普及，对超声波式传感器的需求不断增长。
总结
1 超声波式传感器的应用前景广阔
在不同领域都有着无限的可能性。
2 发展潜力巨大
随着技术的不断进步，超声波式传感器有望 成为未来重要的技术发展领域的代表之一。
工作原理
1 超声波的发射和接收
传感器通过发射超声波脉冲并接收反射回来的信号来计算距离。
2 时间测量和距离计算
传感器测量超声波的往返时间，并根据声速计算出物体与传感器之间的距离。
结构组成
超声波传感器的主体结构
传感器主体通常由外壳、传感器元件和连接线组成。
《超声波传感器下》课件
参数指标
1 超声波传感器的灵敏 2 超声波传感器的解析 3 超声波传感器的工作
度
度
频率
灵敏度决定了超声波传感 器探测距离的精确性和范 围。
解析度是超声波传感器用 于测量距离时的最小分辨 单位。
工作频率决定了超声波传 感器在传输和接收信号时 的频率范围。
优缺点比较
超声波传感器的优点
非接触式测量、高精度、反射率较好、在不同环境 中工作可靠。
超声波传感器的缺点
受到环境的影响、测量范围受限、在吸音材料上无 法正常工作。
结语
1 超声波传感器的未来发展
随着技术的不断进步，超声波传感器在各个 领域的应用将会更加广泛和多样化。
2 要注意的事项
使用超声波传感器时要注意选择合适的工作 频率、距离与位移的调整和环境的影响等因 素。
应用场景
超声波传感器在智能 家居中的应用
超声波传感器可用于人体检测、 家具智能布置和智能安防系统 等智能家居场景。
超声波传感器在智能 交通中的交通流 量监测等智能交通场景。
超声波传感器在机器 人中的应用
超声波传感器可用于机器人导 航、避障和定位等机器人技术 中，提高机器人的感知能力。
《超声波传感器下》PPT 课件
欢迎大家来到本次关于超声波传感器的PPT课件。在这个课件中，我们将探索 超声波传感器的应用和工作原理，并了解它在智能家居、智能交通和机器人 等领域中的作用。
简介
1 什么是超声波传感器
超声波传感器是一种使用声波来测量距离的 装置，能够发送和接收超声波信号。
2 常用的超声波传感器
常见的超声波传感器包括单频超声波传感器、 多频超声波传感器和微型超声波传感器。
工作原理
超声波传感器的构成
超声波传感器应用课件
CATALOGUE
超声波传感器在医疗领域的应用
超声波在医学影像中的应用
01
02
诊断疾病
监测胎儿发育
03 辅助手术
超声波在生物组织检测中的应用
生物组织检测
药物作用机制研究
生物组织损伤评估
超声波在药物传递和基因治疗中的应用
药物传递
基因治疗
细胞和组织修复
CATALOGUE
超声波传感器在其他领域的应用
复合材料检测
超声波传感器可以检测复合材料内部 的缺陷和损伤，如分层、脱粘等。
玻璃和陶瓷检测
超声波传感器可以检测玻璃和陶瓷等 材料的内部缺陷和损伤。
管道和容器检测
超声波传感器可以用于管道和容器等 设备的内部检测，检测其内部的腐蚀 和裂纹等。
超声波无损检测的局限性
经验要求高
对环境因素敏感
对操作者技能要求高 成本较高
磁致伸缩式超声波传感器
利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应产 生超声波信号。
超声波传感器的应用领域
01
工业检测
02
医学诊断
03
环境监测
04
军事应用
CATALOGUE
超声波传感器在无损检测中的应用
超声波在无损检测中的优势
无损检测
。
高精度
实时性 可靠性
超声波在无损检测中的主要应用场景
金属材料检测
超声波传感器可以检测金属材料内部 的缺陷和损伤，如焊接缝、裂纹等。
超声波在军事领域的应用
声呐系统 引信技术 声学武器
CATALOGUE
超声波传感器的未来发展
新型超声波传感器的研发
微型化超声波传感器
01
高频超声波传感器
超声波传感器课稿课件
在医疗设备领域，超声波传感器可用于 实现无创血压、血氧饱和度等生理参数 的测量。
在工业自动化领域，超声波传感器可用 于检测工件的位置、尺寸和表面质量等。
在机器人技术领域，超声波传感器可用 于实现机器人对周围环境的感知和定位。
03
超声波传感器技术
信号处理技术
01
02
03
信号增强
通过放大电路或数字信号 处理技术，对微弱的超声 波信号进行增强，提高信 号的信噪比。
医疗领域
超声波传感器在医疗领域主要用于诊 断和监测，如超声成像、血流速度测 量等。
交通领域
超声波传感器可以用于车辆安全系统， 如倒车雷达、碰撞预警等，提高驾驶 安全性。
农业领域
在农业领域，超声波传感器可用于土 壤湿度、植物生长监测等方面，提高 农业生产效率和智能化水平。
06
总结与展望
本课程总结
超声波传感器原理介绍
在化工、石油、制药等领域，超声波传感器能够检测气体成分，如氧 气、氮气、二氧化碳等，实现气体浓度的实时监测和控制。
温度监测
超声波传感器可以用于温度监测，尤其在高温或低温环境下，能够实 现快速、准确的温度测量。
其他领域应用案例
总结词
除了工业检测和环境监测领域，超声 波传感器还广泛应用于医疗、交通、 农业等领域。
气体型超声波传感器主要用于气 体流速、流量和压力等参数的测量。
液体型超声波传感器主要用于液 位、流速和流量等参数的、厚度和形状等参数的测量。
04
超声波传感器的应用领域
超声波传感器广泛应用于工业自动化、 机器人技术、医疗设备、环境监测等领域。
在环境监测领域，超声波传感器可用于 测量空气质量、气体成分和温度等参数。
超声波传感器利用压电效应原理，将高频声波转换为电信号，
在工业自动化领域，超声波传感器可用 于检测工件的位置、尺寸和表面质量等。
在机器人技术领域，超声波传感器可用 于实现机器人对周围环境的感知和定位。
03
超声波传感器技术
信号处理技术
01
02
03
信号增强
通过放大电路或数字信号 处理技术，对微弱的超声 波信号进行增强，提高信 号的信噪比。
医疗领域
超声波传感器在医疗领域主要用于诊 断和监测，如超声成像、血流速度测 量等。
交通领域
超声波传感器可以用于车辆安全系统， 如倒车雷达、碰撞预警等，提高驾驶 安全性。
农业领域
在农业领域，超声波传感器可用于土 壤湿度、植物生长监测等方面，提高 农业生产效率和智能化水平。
06
总结与展望
本课程总结
超声波传感器原理介绍
在化工、石油、制药等领域，超声波传感器能够检测气体成分，如氧 气、氮气、二氧化碳等，实现气体浓度的实时监测和控制。
温度监测
超声波传感器可以用于温度监测，尤其在高温或低温环境下，能够实 现快速、准确的温度测量。
其他领域应用案例
总结词
除了工业检测和环境监测领域，超声 波传感器还广泛应用于医疗、交通、 农业等领域。
气体型超声波传感器主要用于气 体流速、流量和压力等参数的测量。
液体型超声波传感器主要用于液 位、流速和流量等参数的、厚度和形状等参数的测量。
04
超声波传感器的应用领域
超声波传感器广泛应用于工业自动化、 机器人技术、医疗设备、环境监测等领域。
在环境监测领域，超声波传感器可用于 测量空气质量、气体成分和温度等参数。
超声波传感器利用压电效应原理，将高频声波转换为电信号，
超声波传感器-PPT课件.ppt
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
原理简述
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感 器。超声波是一种振动频 率高于声波的机械波，由换能 晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波 长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定 向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤 其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超 声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波， 碰到活动物体能产生多普勒效应。
超声波传感器主要采用直接反射式的检测模式。位于传 感器前面的被检测物通过将发射的声波部分地发射回传感 器的接收器，从而使传感器检测到被测物。
在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和 超声波测厚两种。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
压电式超声波接收器是有时就用同一个换能兼做发生和 接受器两种用途。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
压电陶瓷芯片
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
超 声 波 流 量 计 现 场 使 用
石料测量
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
原理简述
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感 器。超声波是一种振动频 率高于声波的机械波，由换能 晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波 长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定 向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤 其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超 声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波， 碰到活动物体能产生多普勒效应。
超声波传感器主要采用直接反射式的检测模式。位于传 感器前面的被检测物通过将发射的声波部分地发射回传感 器的接收器，从而使传感器检测到被测物。
在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和 超声波测厚两种。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
压电式超声波接收器是有时就用同一个换能兼做发生和 接受器两种用途。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
压电陶瓷芯片
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
超 声 波 流 量 计 现 场 使 用
石料测量
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
第10章-超声波传感器ppt课件
.
热探测器 热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器
的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理 参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所 吸收的红外辐射。
特点：热探测器主要优点是响应波段宽， 响应范围可扩展 到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方便， 应用相当广 泛。
.
超声波马达 超声波马达(UltraSonic Motor)的简称是：USM，最
早应用于照相机上是Canon EF系列镜头。现在，很多 数码相机或摄像机镜头用超声波马达进行对焦。 原理：利用超声波振动能量变换成转动能量的来工作 的。 超声波马达分环形和 微型超声波马达两种。
.
超声波传感器应用举例（续）
D
t2
cos c v sin
t t2 t1
.
超声波流量传感器具有不阻碍流体流动的特点，可测的 流体种类很多，不论是非导电的流体、 高粘度的流体，还是 浆状流体， 只要能传输超声波的流体都可以进行测量。 超声 波流量计可用来对自来水、工业用水、 农业用水等进行测量。 还适用于下水道、 农业灌渠、河流等流速的测量。
.
图10-14 声波的频率范围图
.
声波的分类 1.次声波
次声波是频率低于20赫兹的声波，人耳听不到，但可与 人体器官发生共振，7~8Hz的次声波会引起人的恐怖感，动作 不协调，甚至导致心脏停止跳动。
.
2.可闻声波
美妙的音乐可使人陶醉。
.
3.超声波
.
蝙蝠依靠超声波捕食
.
超声波与可闻声波不同， 它可以被聚焦，具有能量集中
传感器分类：单换能器和双换能器。
单换能器的传感器发射 和接收超声波使用同一 个换能器。
热探测器 热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器
的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理 参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所 吸收的红外辐射。
特点：热探测器主要优点是响应波段宽， 响应范围可扩展 到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方便， 应用相当广 泛。
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超声波马达 超声波马达(UltraSonic Motor)的简称是：USM，最
早应用于照相机上是Canon EF系列镜头。现在，很多 数码相机或摄像机镜头用超声波马达进行对焦。 原理：利用超声波振动能量变换成转动能量的来工作 的。 超声波马达分环形和 微型超声波马达两种。
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超声波传感器应用举例（续）
D
t2
cos c v sin
t t2 t1
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超声波流量传感器具有不阻碍流体流动的特点，可测的 流体种类很多，不论是非导电的流体、 高粘度的流体，还是 浆状流体， 只要能传输超声波的流体都可以进行测量。 超声 波流量计可用来对自来水、工业用水、 农业用水等进行测量。 还适用于下水道、 农业灌渠、河流等流速的测量。
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图10-14 声波的频率范围图
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声波的分类 1.次声波
次声波是频率低于20赫兹的声波，人耳听不到，但可与 人体器官发生共振，7~8Hz的次声波会引起人的恐怖感，动作 不协调，甚至导致心脏停止跳动。
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2.可闻声波
美妙的音乐可使人陶醉。
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3.超声波
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蝙蝠依靠超声波捕食
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超声波与可闻声波不同， 它可以被聚焦，具有能量集中
传感器分类：单换能器和双换能器。
单换能器的传感器发射 和接收超声波使用同一 个换能器。
超声波传感器-副本.ppt
• 压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电 陶瓷，它是利用压电材料的压电效应：逆压电效 应和正压电效应
正压电效应
电能
机械能
逆压电效应
超声波的发生
超声波发生器将电磁能转换成机械能。其结构分为 两部分，一是产生高频电流或电压的电源，二是换能 器，它将电磁振荡变换成机械振荡而产生超声波
压电式超声波发生器就
超声波
压
测
电
量
晶
电
体
路
金属壳 吸收块
导电螺杆 接线片
吸收块的作用：降 低晶片的机械品质， 吸收声能量
保护膜
压电晶片
压电式超声波传感器结构
石英晶体的压电效应
晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中纵
向轴Z－Z称为光轴；经过正六面体棱线，并垂直于光轴 的X－X轴称为电轴；与X－X轴和Z－Z轴同时垂直的Y －Y轴（垂直于正六面体的棱面）称为机械轴
放大器
显示
(b) 反射法探伤 是以超声波在工件中反射情 况的不同，来探测缺陷的方法。超声波以一定的速 度向工件内部传播。一部分超声波遇到缺陷F时反 射回来；另一部分超声波继续传至工件底面B，也 反射回来。由缺陷及底面反射回来的超声波被探头 接收时，又变为电脉冲。发射波f、缺陷波F及底波 月经放大后，在显示器荧光屏上显示出来
超声波与声波比，振动频率高，波长短， 具有束射特性，方向性强，可以定向传播， 其能量远远大于振幅相同的声波，并具有 很高的穿透能力
超声波传感器原理
• 定义：能够完成产生超声波和接收获 超声波探头
• 超声波探头按其工作原理可分为：压电式和磁致 伸缩式，其中以压电式最为常用
高频 发生器
T
接收 放大
探头
T
正压电效应
电能
机械能
逆压电效应
超声波的发生
超声波发生器将电磁能转换成机械能。其结构分为 两部分，一是产生高频电流或电压的电源，二是换能 器，它将电磁振荡变换成机械振荡而产生超声波
压电式超声波发生器就
超声波
压
测
电
量
晶
电
体
路
金属壳 吸收块
导电螺杆 接线片
吸收块的作用：降 低晶片的机械品质， 吸收声能量
保护膜
压电晶片
压电式超声波传感器结构
石英晶体的压电效应
晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中纵
向轴Z－Z称为光轴；经过正六面体棱线，并垂直于光轴 的X－X轴称为电轴；与X－X轴和Z－Z轴同时垂直的Y －Y轴（垂直于正六面体的棱面）称为机械轴
放大器
显示
(b) 反射法探伤 是以超声波在工件中反射情 况的不同，来探测缺陷的方法。超声波以一定的速 度向工件内部传播。一部分超声波遇到缺陷F时反 射回来；另一部分超声波继续传至工件底面B，也 反射回来。由缺陷及底面反射回来的超声波被探头 接收时，又变为电脉冲。发射波f、缺陷波F及底波 月经放大后，在显示器荧光屏上显示出来
超声波与声波比，振动频率高，波长短， 具有束射特性，方向性强，可以定向传播， 其能量远远大于振幅相同的声波，并具有 很高的穿透能力
超声波传感器原理
• 定义：能够完成产生超声波和接收获 超声波探头
• 超声波探头按其工作原理可分为：压电式和磁致 伸缩式，其中以压电式最为常用
高频 发生器
T
接收 放大
探头
T
超声波传感器及应用PPT课件
无创无痛
实时监测
医学超声成像系统能够实时获取人体 内部结构的图像，有助于医生及时发 现病变并进行诊断。
医学超声成像系统具有无创、无痛、 无辐射的特点，对患者的身体不会造 成伤害，特别适合孕妇和儿童的检查。
工业无损检测技术
检测材料内部缺陷
工业无损检测技术利用超声波传感器对材料进行无损检测，能够 检测出材料内部的裂纹、气孔、夹杂物等缺陷。
工业检测
01
无损检测
超声波传感器在工业领域中广泛应用于无损检测，通过向材料发射超声
波并分析回声信号，可以检测材料内部是否存在缺陷、裂纹或气孔等问
题。这种检测方法具有高精度和高效率的特点。
02
流量和液位测量
超声波传感器可用于测量流体的流量和液位高度。通过测量超声波在流
体中传播的时间或频率，可以推算出流体的流速、流量或液位高度等信
此外，随着物联网、人工智能等技术的不断发展，超声波 传感器在智能感知和物联网领域的应用前景也值得进一步 探讨和研究。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
可以分为压电式、磁致伸 缩式、电磁式等类型的超 声波传感器。
按工作频率分类
可以分为低频、中频和高 频超声波传感器。
按用途分类
可以分为医用、工业用、 军用等不同类型的超声波 传感器。
03 超声波传感器的应用领域
医学诊断
医学诊断
超声波传感器在医学领域中广泛应用于诊断和监测。通过向人体发射超声波并接收其回声 ，可以无创地检测和评估器官、血管和组织的结构和功能。例如，超声心动图用于检测心 脏疾病，超声成像用于诊断腹部和妇科疾病。
降低成本与推广应用
批量生产与制造成本降低
通过优化生产工艺和实现规模化生产， 降低超声波传感器的制造成本，促进其 推广应用。
超声波传感器PPT课件
超声波金丝焊接机
超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在遇到两种介质的分界面时，能产生明显 的反射和折射现象，这一现象类似于光波。
便携式超声波 探鱼器
超声波在医学检查中的应用
胎儿的 B超影像
超声波用于高效清洗
当弱的声波信号作用于液体中时，会对液体产生一 定的负压，即液体体积增加，液体中分子空隙加大，形 成许多微小的气泡；而当强的声波信号作用于液体时， 则会对液体产生一定的正压，即液体体积被压缩减小， 液体中形成的微小气泡被压碎。经研究证明：超声波作 用于液体中时，液体中每个气泡的破裂会象被称之为“空化作用”，超声 波清洗正是利用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到 清洗和冲刷工件内外表面的作用。超声清洗多用于半导 体、机械、玻璃、医疗仪器等行业。
超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原 理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主 要采用压电式。超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、 表面波探头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、高温探头、 空气传导探头以及其他专用探头等。
各种超声波探头
常用频率范围：0.5~10MHz， 常见晶片直径：5~30mm
纵波
质点振动方向与波的传播方向一 致的波，它能在固体、液体和气体 介质中传播
质点振动方向垂直于波的传播方向的 横波 波，它只能在固体介质中传播
质点的振动介于横波与纵波之间，沿着
表面波 介质表面传播，其振幅随深度增加而迅速 衰减的波，表面波只在固体的表面传播
纵波
横波
表面波
超声波的波形及其传播速度
波型的转换
各种波型均符合几何光学中的反射定律：
cLsin c来自1 cS1sin 1 sin 2
cL2
sin
超声波传感器原理讲述ppt课件.ppt
10.2
利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的 装置可称为超声波换能器、 探测器或传感器。
超声波探头按其工作原理可分为压电式、 磁致伸缩式、 电磁式等, 而以压电式最为常用。
压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷, 这 种传感器统称为压电式超声波探头。它是利用压电材料的压 电效应来工作的: 逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振 动, 从而产生超声波, 可作为发射探头; 而利用正压电效应, 将 超声振动波转换成电信号, 可用为接收探头。
从以上公式中可以看出, 只要测得超声波脉冲从发射到接 收的间隔时间, 便可以求得待测的物位。
超声物位传感器具有精度高和使用寿命长的特点, 但若液 体中有气泡或液面发生波动，便会有较大的误差。在一般使用 条件下, 它的测量误差为±0.1%, 检测物位的范围为10-2～104 m。
二、
超声波流量传感器的测定原理是多样的, 如传播速度变化 法、波速移动法、多卜勒效应法、流动听声法等。但目前应用 较广的主要是超声波传输时间差法。
一、 超声波的波形及其转换
由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不 同, 声波的波型也不同。通常有:
① 纵波——质点振动方向与波的传播方向一致的波;
② 横波——质点振动方向垂直于传播方向的波;
③ 表面波——质点的振动介于横波与纵波之间， 沿着表 面传播的波。 横波只能在固体中传播，纵波能在固体、液体 和气体中传播, 表面波随深度增加衰减很快。
α——衰减系数, 单位为Np/m（奈培/米）。
声波在介质中传播时, 能量的衰减决定于声波的扩散、 散射和吸收, 在理想介质中,声波的衰减仅来自于声波的扩散, 即随声波传播距离增加而引起声能的减弱。散射衰减是固体 介质中的颗粒界面或流体介质中的悬浮粒子使声波散射。吸 收衰减是由介质的导热性、粘滞性及弹性滞后造成的, 介质吸 收声能并转换为热能。
超声波传感器-及液位检测-共23页PPT资料课件.ppt
相关知识
• 超声波是一种机械波，它方向性好， 穿透力强，遇到杂质或分界面会产生显 著的反射。利用这些物理性质，可把一 些非电量转换成声学参数，通过压电元 件转换电量。超声波传感器就是利用超 声波的特性，将非电量转换为电量的测 量装置。超声波传感器又称为超声波换 能器或超声波探头。
• 超声检测是一种无损检测。在工业中 广泛用于金属构件、混凝土制品、陶瓷 制品的探伤及厚度检测，此外在物位、 野味、流量、流速、防盗报警以及生活 中的其他许多领域，超声波的应用也越 来越广泛。
• 安装测量探头处的容器壁要求能够良好的 传递信号的硬质材料制成。例如：碳钢、不锈 钢、各种硬金属、玻璃钢、硬质塑料、陶瓷、 玻璃、硬橡胶等材料或其复合材料。安装测量 探头处的容器壁若为多层材料，则层间应紧密 接触，无气泡或气体夹层，该处容器壁的内外 表面应平整。例如：硫化硬橡胶层、不锈钢衬 层、钛衬层等。
正比。及声速为 U=λf 式中，λ为超声波 的波长;f为超声波的频率。
2.反射与折射
通过两种不同的介质时，超声波产生反 射和折射现象。但当它由气体传播到液体或 固体中，或由固体、液体传播到气体中时， 由于介质密度相差太大而几乎全部发声反射 。
•
。
• 3.声波的衰减
• 通过同种介质时，超声波随着传播速度的 增加，其强度因介质吸收能量而衰减。
一、超声波传感器的外形结构和特性
• （一）超声波传感器的外形
• （二）超声波传感器的特性
• 特点：
•
超声波传感器具有小角度、小盲
区、测量准确、无接触、防水、防腐
蚀、低成本等优点。可应用于液位、
物位检测，可保证在液面有泡沫豁达
的晃动、不易检测到回波的情况下有
稳定的输出。
超声波测距传感器.pptx
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性能指标
• 主要有三个参数： • 工作频率 • 工作温度 • 灵敏度
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• 以西安新敏电子公司产品为例，可看超声波测 距传感器常用参数：
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超声波测距仪（车用雷达）
• 硬件组成：AT89C51 单片机最小系统、超声波探头、超声波、发射接收 系统、DS18B20 测温系统、显示装置
超声波测距传感器
• 1.产品结构 • 2.性能分析 • 3.构
• 超声波测距传感器主要由压电晶片组成，既可 以发射超声波，也可以接收超声波。超声波测 距传感器有许多不同的结构，可分直式测距传 感器（纵波）、斜式测距传感器（横波）、表 面式测距传感器（表面波）、兰姆波式测距传 感器（兰姆波）、双式测距传感器（一个反射、 一个接收）等
• 测距原理：根据公式s = v ×t 可知,只要知道速度v 和声波在空气中行走 的时间t , 即可相乘得到距离s . 简化声波在空气中速度v 与温度的关系,有 v = 331. 5 + 0.607 t . 在0 ℃时v = 331. 5 m/ s. 常温20 ℃时v =343. 64 m/ s. 因温度所引起的速度影响将在软件里处理. 测定超声波被障碍物 反射接收时刻与超声波发出时刻差值Δt , 此Δt 即为声波在空气中的传播 时间. 在利用MCS251 系列单片机AT89C51中定时器T0 计时, 通过软件 数字处理得距离s = vt/ 2
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第7页/共10页
系统设计组成
• 1.超声波发射接收部分 • 2.放大电路 • 3.整形电路 • 4.测温电路
第8页/共10页
谢谢观赏！
第9页/共10页
感谢您的观看！
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性能指标
• 主要有三个参数： • 工作频率 • 工作温度 • 灵敏度
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• 以西安新敏电子公司产品为例，可看超声波测 距传感器常用参数：
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超声波测距仪（车用雷达）
• 硬件组成：AT89C51 单片机最小系统、超声波探头、超声波、发射接收 系统、DS18B20 测温系统、显示装置
超声波测距传感器
• 1.产品结构 • 2.性能分析 • 3.构
• 超声波测距传感器主要由压电晶片组成，既可 以发射超声波，也可以接收超声波。超声波测 距传感器有许多不同的结构，可分直式测距传 感器（纵波）、斜式测距传感器（横波）、表 面式测距传感器（表面波）、兰姆波式测距传 感器（兰姆波）、双式测距传感器（一个反射、 一个接收）等
• 测距原理：根据公式s = v ×t 可知,只要知道速度v 和声波在空气中行走 的时间t , 即可相乘得到距离s . 简化声波在空气中速度v 与温度的关系,有 v = 331. 5 + 0.607 t . 在0 ℃时v = 331. 5 m/ s. 常温20 ℃时v =343. 64 m/ s. 因温度所引起的速度影响将在软件里处理. 测定超声波被障碍物 反射接收时刻与超声波发出时刻差值Δt , 此Δt 即为声波在空气中的传播 时间. 在利用MCS251 系列单片机AT89C51中定时器T0 计时, 通过软件 数字处理得距离s = vt/ 2
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系统设计组成
• 1.超声波发射接收部分 • 2.放大电路 • 3.整形电路 • 4.测温电路
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超声波传感器 课件
v cos
−
c
+
L
v cos
=
2Lv cos
c2 − v2 cos2
（8-18）
• 由于 c v，故上式可近似为 2Lv cos c2
则流体的平均速度为
v c2 2L cos
（8-19） （8-20）
相位法测流量以测相位角代替时差法测时间，提高了测量精度。
但同样由于超声波在流体中的传播速度受温度影响将会产生一定 的测量误差。
波，不会产生横波和表面波。
8.2 超声波传感器
•
利用超声波在超声场中的物理特性
和各种效应而制成的装置称为超声波传感
器，又称为超声波换能器或超声波探头。
超声波传感器可以实现声能和电能的互换
。以超声波作为检测技术手段，必须要产
生超声波和接收超声波。
•
超声波传感器按其工作原理，可分
为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中
对于单个超声探头而言，超声波从发射到液面，又从液
面发射到探头的时间间隔为 t = 2h • 式中，h—探头到液面的距离； v
（8-6）
v—超声波在介质中的传播速度。
则
h = v t 2
（8-7）
对于两个超声探头而言，超声波从发射到被接收经过的路程
为，而
s = v t 2
（8-8）
则液位的高度为 h = s2 − a2
的在（1～4）×103dB/mm之间。
• 3 超声波的波形转换
•
当超声波以某一角度入射到第二介质（固体）的界
面上，除有纵波的反射和折射外，还有横波的反射和折射
，如图8-3所示。在一定的条件下，还能产生表面波。
L
1
L1
−
c
+
L
v cos
=
2Lv cos
c2 − v2 cos2
（8-18）
• 由于 c v，故上式可近似为 2Lv cos c2
则流体的平均速度为
v c2 2L cos
（8-19） （8-20）
相位法测流量以测相位角代替时差法测时间，提高了测量精度。
但同样由于超声波在流体中的传播速度受温度影响将会产生一定 的测量误差。
波，不会产生横波和表面波。
8.2 超声波传感器
•
利用超声波在超声场中的物理特性
和各种效应而制成的装置称为超声波传感
器，又称为超声波换能器或超声波探头。
超声波传感器可以实现声能和电能的互换
。以超声波作为检测技术手段，必须要产
生超声波和接收超声波。
•
超声波传感器按其工作原理，可分
为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其中
对于单个超声探头而言，超声波从发射到液面，又从液
面发射到探头的时间间隔为 t = 2h • 式中，h—探头到液面的距离； v
（8-6）
v—超声波在介质中的传播速度。
则
h = v t 2
（8-7）
对于两个超声探头而言，超声波从发射到被接收经过的路程
为，而
s = v t 2
（8-8）
则液位的高度为 h = s2 − a2
的在（1～4）×103dB/mm之间。
• 3 超声波的波形转换
•
当超声波以某一角度入射到第二介质（固体）的界
面上，除有纵波的反射和折射外，还有横波的反射和折射
，如图8-3所示。在一定的条件下，还能产生表面波。
L
1
L1
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聚焦探头
由于超声波的波长很短（毫米数量级），所以 它也类似光波，可以被聚焦成十分细的声束，其直 径可小到1mm左右，可以分辨试件中细小的缺陷， 这种探头称为聚焦探头。
聚焦探头采用曲面晶片来发出聚焦的超声波； 也可以采用两种不同声速的塑料来制作声透镜；也 可以利用类似光学反射镜的原理制作声凹面镜来聚 焦超声波。
18.10.2020
21
各种接触式斜探头
常用频率范围：1~5MHz
18.10.2020
22
接触法双晶直探头
发射晶片 接收晶片
将两个单晶探头组合 装配在同一壳体内，其中 一片发射超声波，另一片 接收超声波。两晶片之间 用一片吸声性能强、绝缘 性能好的薄片加以隔离。 双晶探头的结构虽然复杂 些，但检测精度比单晶直 探头高，且超声信号的反 射和接收的控制电路较单 晶直探头简单。
超声波传感器
本章主要学习超声波的物 理特性，着重了解超声波在检 测技术中的一些应用，也涉及 无损探伤的设备及方法。
18.10.2020
1
概述： 声波的分类 1.次声波
次声波是频率低于20赫兹的声波，人耳听不到， 但可与人体器官发生共振，7~8Hz的次声波会引起人 的恐怖感，动作不协调，甚至导致心脏停止跳动。
18.10.2020
11
超声波清洗原理及清洗器
（参考湖南省浏阳市医用仪具厂 、北京德泰隆科技发展有限责任公司资料）
气泡
清洗物
波浪
超声换能器
18.10.2020
12
第一节 超声波物理基础
频率高于20kHz的机械振动波称为超声 波。它的指向性很好，能量集中，因此穿 透本领大，能穿透几米厚的钢板，而能量 损失不大。在遇到两种介质的分界面（例 如钢板与空气的交界面）时，能产生明显 的反射和折射现象，超声波的频率越高， 其声场指向性就愈好。
便携式超声波 探鱼器
18.10.2020
9
超声波在医学检查 中的应用
18.10.2020
胎儿的 B超影像
10
超声波用于高效清洗
当弱的声波信号作用于液体中时，会对液体产 生一定的负压，即液体体积增加，液体中分子空隙 加大，形成许多微小的气泡；而当强的声波信号作 用于液体时，则会对液体产生一定的正压，即液体 体积被压缩减小，液体中形成的微小气泡被压碎。 经研究证明：超声波作用于液体中时，液体中每个 气泡的破裂会象被称之为“空化作用”，超声波清洗正是利 用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲 刷工件内外表面的作用。超声清洗多用于半导体、 机械、玻璃、医疗仪器等行业。
18.10.2020
2
2.可闻声波(20～20000HZ）
美妙的音乐可使人陶醉。
18.10.2020
3
3.超声波 大于
20000HZ
蝙蝠
能发出和 听见超声 波。
18.10.2020
4
蝙蝠依靠超声波捕食
18.10.2020
5
超声波与可闻声波不 同，它可以被聚焦，具有 能量集中的特点。
超声波加湿器
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压电陶瓷的主要性能指标
1) 介电常数 ：1000~6000 2) 压电灵敏度D33 ：300~600pC/N 3) 机械品质因素Q：100~2000 4) 居里温度：300~400 C 5）静电容：1000 ~ 100000pF（与面积有关） 6）频率范围：
用于超声清洗：30~100KHz 用于探伤仪及流量计：2.5~5MHz 用于雾化器：1~2MHz
18.10.2020
30
耦合剂
超声探头与被测物体接触时，探头与被测物 体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界 面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大 的衰减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉， 使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中， 经常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满 在接触层中，起到传递超声波的作用。常用的耦 合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化 学浆糊等。
18.10.2020
13
超声波的波型分类
超声波的传播波型主要可分为 纵波、横波、表面波等几种。
18.10.2020
14
纵 波
18.10.2020
15
横波
18.10.2020
16
表面波
18.10.2020
17
第二节 超声波换能器及耦合技术
超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原 理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主 要采用压电式。超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、 表面波探头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、高温探头、 空气传导探头以及其他专用探头等。
18.10.2020
18
各种超声波探头
（以下参考常州市常超检测设备有限公司资料）
常用频率范围：0.5~10MHz， 常见晶片直径：5~30mm
接触式直探头 （纵波垂直入射 到被检介质）
保护膜
外壳用金属制 作，保护膜用硬度 很高的耐磨材料制 作，防止压电晶片 磨损。
18.10.2020
接插件
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接触式 直探头原理
18.10.2020Hale Waihona Puke 23各种双晶直探头
焦距范围：5~40mm, 频率范围：2.5~5MHz， 钢中折射角：45 ~70
18.10.2020
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接触法双晶斜探头（续）
18.10.2020
25
水浸探头
（可用自来水作为耦合剂）
选择声透 镜形状，可决 定聚焦形式为 点聚焦或线聚 焦。
18.10.2020
18.10.2020
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聚焦探头原理及外形
18.10.2020
水浸聚焦探头
28
超声波探头中的压电陶瓷芯片
将数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上，利用逆压电效 应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当超声波经 被测物反射回到压电晶片时，利用压电效应，将机械振动波 转换成同频率的交变电荷和电压。
18.10.2020
18.10.2020
超声波雾化器
6
压电陶瓷或磁致伸缩材料在高电压窄脉冲作用下， 可得到较大功率的超声波，可以被聚焦，能用于集成 电路及塑料的焊接。
超声波塑料 焊接机
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7
超声波金丝 焊接机
18.10.2020
8
超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在 遇到两种介质的分界面时，能产生明显的反射和 折射现象，这一现象类似于光波。
超声脉冲电压
输入端
接地端
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接触式斜探头（横波、瑞利波或兰姆波探头）
接插件 底部耐磨材料
压电晶片粘贴在与底面成一定角度（如30、 45等）的有机玻璃斜楔块上，当斜楔块与不同材 料的被测介质（试件）接触时，超声波将产生一 定角度的折射，倾斜入射到试件中去，可产生多 次反射，而传播到较远处去。