自动检测技术(马西秦第3版)第11章 其他传感器

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第十一章 其他传感器第一节 第二节 第三节 第四节 超声波传感器 红外传感器 激光传感器 新型传感器简介

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第一节 超声波传感器一、超声波的物理基础1.超声波的物理性质 超声波的物理性质 声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波， 声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波，根据 声波振动频率的范围，可分为次声波、声波、 声波振动频率的范围，可分为次声波、声波、超声波和特超声 波。人耳能听到的声波频率范围是20~20000Hz。频率超过 人耳能听到的声波频率范围是 。 20000Hz的声波称为超声波。超声检测中常用的工作频率在 的声波称为超声波。 的声波称为超声波 0.25~20MHz范围内。 范围内。 范围内 超声波的波型主要可分为纵波、横波和表面波三种。 超声波的波型主要可分为纵波、横波和表面波三种。横波 和表面波只能在固体中传播，而纵波可以在固体、 和表面波只能在固体中传播，而纵波可以在固体、液体和气体 中传播。因此常用的超声波为纵波。 中传播。因此常用的超声波为纵波。

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2. 超声波的传播性质 超声波的传播速度取决于介质的弹性常数及介质密度。 当超声波以一定的入射角从一种介质传播到另一种介质时， 在两介质的分界面上，一部分能量反射回原介质称为反射 波；另一部分能量则透过分界面，在另一介质内继续传播， 称为折射波，如图11-1所示。超声波的衰减示意图入射波 反射波

介质

c

α α1

c1第一介质

振 源

I0

δ

I

β

I = I 0 e Aδc2折射波 第二介质

A

为吸收系数； 为吸收系数； 为介质的厚度

δ

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二、超声波传感器由发送传感器和接收传感器两部分组成， 由发送传感器和接收传感器两部分组成，在超声波检 测中成对使用。 测中成对使用。

1. 发送传感器发送传感器由发送电源与换能器组成，发送电源是提 发送传感器由发送电源与换能器组成， 供高频电流或电压的电源； 供高频电流或电压的电源；换能器作用是将电磁振荡能量 变换成机械振荡而产生超声波并向空中幅射。 变换成机械振荡而产生超声波并向空中幅射。换能器一般 有压电式和磁致伸缩式两种。 有压电式和磁致伸缩式两种。

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(1)压电式超声波发生器 ----利用压电晶体的电致伸缩现象制成 ----利用压电晶体的电致伸缩现象制成 压电材料的固有频率与压电材料晶体切片的厚度 δ 有关

c f =n 2δ

压电晶体

δ

换 能 器超声波

u超声频电信号

n为谐波级数，取1,2,3,……; 谐波级数， ;

c为超声波在压电材料里的传播速度，与压电材料的密度有关。 为超声波在压电材料里的传播速度，与压电材料的密度有关

。

压电式超声波发送传感器可以产生几十kHz到几十MHz 压电式超声波发送传感器可以产生几十kHz到几十MHz kHz到几十 的超声波。声强可达几十W/cm 的超声波。声强可达几十W/cm2。

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(2)磁致伸缩超声波发生器 (2)磁致伸缩超声波发生器 -----利用某些铁磁材料的磁致伸缩现象制成 -----利用某些铁磁材料的磁致伸缩现象制成

δ

δ

镍、铁钴钒合金等

磁致伸缩超声波发生器产生的频率只能在几万 以内 磁致伸缩超声波发生器产生的频率只能在几万Hz以内， 几万 以内， 但声强可达几千W/cm2。它与压电式的发送器比较所产生的 但声强可达几千 。 超声波的频率较低，而强度则大许多。 超声波的频率较低，而强度则大许多。

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2、接收传感器接收传感器由换能器与放大电路组成 组成。 接收传感器由换能器与放大电路组成。超声波接收器是利 换能器 用超声波发生器的逆变效应进行工作的。 用超声波发生器的逆变效应进行工作的。换能器接收超声波 产生机械振动，将其变换成电能量， 产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输 同样，接收传感器有压电式 磁致伸缩式两种 压电式和 两种。 出。同样，接收传感器有压电式和磁致伸缩式两种。 (1)压电式超声波接收器 ) 当超声波作用到电晶体片上时，使晶片伸缩， 当超声波作用到电晶体片上时，使晶片伸缩，则在晶片的 两个界面上产生交变电荷，这种电荷先被转换成电压， 两个界面上产生交变电荷，这种电荷先被转换成电压，经过 放大后送到测量电路，最后记录或显示出结果。 放大后送到测量电路，最后记录或显示出结果。而实际使用 中，发送传感器的压电陶瓷的也可以用做接收器传感器的压 电陶瓷。 电陶瓷。 (2)磁致伸缩超声波接收器 ) 当超声波作用到磁致伸缩材料上时， 当超声波作用到磁致伸缩材料上时，使磁致材料伸缩引起 内部磁场变化，根据电磁感应， 内部磁场变化，根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈 获得感应电动势， 获得感应电动势，再将此感应电动势送到测量电路及记录显 示设备。 示设备。

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三、超声波在自动检测中的应用1.超声波探伤主要用于检测板材、锻件和焊接缝等材料中缺陷， 主要用于检测板材、锻件和焊接缝等材料中缺陷，也可 以测量材料的厚度。 (1)穿透法探伤高频电源 发射探头 工件 放大电路 显示

当工件内 部有缺陷时， 部有缺陷时， 在缺陷处能 量被反射， 量被反射， 到达接收探 头的能量损 失了一部分。 失了一部分。

接收探头

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(2)反射法探伤

T 高频电源 放大电路

F

B

T 工件

探头

F B

δ

当工件内部无缺陷 时，

超声波传到工件底 面再反射回来； 面再反射回来； 当工件 内部有缺陷时， 内部有缺陷时，超声波 传到缺陷就反射回来； 传到缺陷就反射回来； 不同缺陷会造成不同的 接收波幅度和周期。 接收波幅度和周期。

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2.超声波测厚度T 高频电源 放大电路

测厚仪t

探头δ。

工件

δ

厚度计算: 厚度计算 δ = 1 ct 2 只要测量出超声波脉冲通过工件的时间 时间t 只要测量出超声波脉冲通过工件的时间t,经过信号处 理电路就可以直接读出工件的厚度 厚度。 理电路就可以直接读出工件的厚度。

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3.超声波测液位超声波测量液位是利用回声原理进行的， 超声波测量液位是利用回声原理进行的，在液位上方安 装空气传导型超声发射器和接收器。 装空气传导型超声发射器和接收器。

只要测量出发射波和接收波之间的时间间隔， 只要测量出发射波和接收波之间的时间间隔，就可以测 时间间隔 探头到液面的距离。 出探头到液面的距离。

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第二节 红外传感器红外传感器是利用物体产生红外辐射的特性来实现自 动检测的一种传感器。已经广泛应用于生产、科研、 动检测的一种传感器 。 已经广泛应用于生产 、 科研 、 军事 和医疗等各个领域。红外测量技术是发展检测技术、 和医疗等各个领域 。 红外测量技术是发展检测技术 、 遥感 技术和空间科学的重要手段 …… 此处隐藏：2951字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……