简述超声波传感器与物位、厚度的检测(9)(4)

3.2.2 误差分析，精度校正

在实际检测工作中，经常碰到测量示值与设计值(或预期值)相比，明显偏大或偏小，原因分析如下：

(1、层叠材料、复合(非均质)材料。要测量未经耦合的层叠材料是不可能的，因超声波无法穿透未经耦合的空间，而且不能在复合(非均质)材料中匀速传播。对于由多层材料包扎制成的设备(像尿素高压设备)，测厚时要特别注意，测厚仪的示值仅表示与探头接触的那层材料厚度。

(2、声速选择错误。测量工件前，根据材料种类预置其声速或根据标准块反测出声速。当用一种材料校正仪器后(常用试块为钢)又去测量另一种材料时，将产生错误的结果。

(3、温度的影响。一般固体材料中的声速随其温度升高而降低，有试验数据表明，热态材料每增加100°C，声速下降1%。对于高温在役设备常常碰到这种情况。 (4、耦合剂的影响。耦合剂是用来排除探头和被测物体之间的空气，使超声波能有效地穿入工件达到检测目的。如果选择种类或使用方法不当，将造成误差或耦合标志闪烁，无法测量。实际使用中由于耦合剂使用过多，造成探头离开工件时，仪器示值为耦合剂层厚度值。

(5、被测物体(如管道)内有沉积物，当沉积物与工件声阻抗相差不大时，测厚仪显示值为壁厚加沉积物厚度。

(6、金属表面氧化物或油漆覆盖层的影响。金属表面产生的致密氧化物或油漆防腐层，虽与基体材料结合紧密，无名显界面，但声速在两种物质中的传播速度是不同的，从而造成误差，且随覆盖物厚度不同，误差大小也不同。

(7、当材料内部存在缺陷(如夹杂、夹层等)时，显示值约为公称厚度的70%(此时要用超声波探伤仪进一步进行缺陷检测)。

(8、应力的影响。在役设备、管道大部分有应力存在，固体材料的应力状况对声速有一定的影响，当应力方向与传播方向一致时，若应力为压应力，则应力作用使工件弹性增加，声速加快；反之，若应力为拉应力，则声速减慢。当应力与波的传播方向不一至时，波动过程中质点振动轨迹受应力干扰，波的传播方向产生偏离。根据资料表明，一般应力增加，声速缓慢增加。

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第四章 超声波传感器的应用

4.1 超声波传感器在实际应用的范围

4.1.1超声波传感器的应用

超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的A型方法。这个方法是利用超声波的反射。当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反

射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。

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。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然 更多的超声波传感器是固定地安装在不同的

图 6 超声波传感器 装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的 应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。

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4.1.2超声波距离传感器技术应用

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。因此超声波

检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

超声波距离传感器可以广泛应用在物位（液位）监测，机器人防撞，各种超声波接近开关以及 防盗报警等相关领域，工作可靠，安装方便， 防水型，发射夹角较小，灵敏度高，方便与工业显示仪表

连接，也提供发射夹角较大的探头。

4.2超声波传感器在实际应用的缺点及解决方法

超声波传感器应用起来原理简单，也很方便，成本也很低。但是目前的超声波传感器都有一些缺点，比如，反射问题，噪音，交叉问题。

4.2.1反射问题

如果被探测物体始终在合适的角度，那超声波传感器将会获得正确的角度。但是不幸的是，在实际使用中，很少被探测物体是能被正确的检测的。 其中可能会出现几种误差：

三角误差

当被测物体与传感器成一定角度的时候，所探测的距离和实际距离有个三角误差。

镜面反射

这个问题和高中物理中所学的光的反射是一样的。在特定的角度下，发出的声波被光滑的物体镜面反射出去，因此无法产生回波，也就无法产生距离读数。这时超声波传感器会忽视这个物体的存在。

多次反射

这种现象在探测墙角或者类似结构的物体时比较常见。声波经过多次反弹才被传感器接收到，因此实际的探测值并不是真实的距离值。

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这些问题可以通过使用多个按照一定角度排列的超声波圈来解决。通过探测多个超声波的返回值，用来筛选出正确的读数。

4.2.2 噪音

虽然多数超声波传感器的工作频率为40-45Khz，远远高于人类能够听到的频率。但是周围环境也会产生类似频率的噪音。比如，电机在转动过程会产生一定的高频，轮子在比较硬的地面上的摩擦所产生的高频噪音，机器人本身的抖动，甚至当有多个机器人的时候，其它机器人超声波传感器发出的声波，这些都会引起传感器接收到错误的信号。

这个问题可以通过对发射的超声波进行编码来解决，比如发射一组长短不同的音波，只有当探测头检测到相同组合的音波的时候，才进行距离计算。这样可以有效的避免由于环境噪音所引起的误读。

4.3.3交叉问题

交叉问题是当多个超声波传感器按照一定角度被安装在机器人上的时候所引起的。超声波X发出的声波，经过镜面反射，被传感器Z和Y获得，这时Z和Y会根据这个信号来计算距离值，从而无法获得正确的测量。

解决的方法可以通过对每个传感器发出的信号进行编码。让每个超声波传感器只听自己的声音。

4.3.4盲区处理

盲区处理是超声波测距的重要技术环节，盲区范围大小是衡量测距系统性能的重要指标。在利用超声波测量两点间的距离时，对近距离测量要求高，因此盲区处理更为关键。盲区的形成是为解决超声波自身绕射问题而延伸出的另一问题。虽然增大超声波换能器之间的距离能减少盲区范围，但是由于受整个系统体积所限，而且增大超声波换能器之问的距离使回波容易发散，所以超声波换能器的之间距离要尽量缩小，有部分波未经反射物就直接进入到接收换能器，形成绕射现象。

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第五章 超声波传感器检测技术的发展趋势

5.1 超声波传感器应用现状

超声波传感器研究开始与19世纪初，在无损检测技术的应用中超声波传感器得到广泛应用，随着超声波技术的发展迅速，技术的进步促进了超声波设备的快速发展。计算机技术的进步使的超声波设备体积更 …… 此处隐藏：1943字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……