10 超声波传感器（课件）- 《传感器与检测技术》同步教学（清华大学版）

项目十 超声波传感器 项目分析 任务10.1　认识超声波传感器 任务10.2　超声波传感器的应用 知识拓展 项目十　超声波传感器 项目分析 了解超声波传感器 熟悉超声波传感器的应用 能正确使用常用的超声波传感器的应用 任务分析 1 任务一 传感器技术基础 任务10.1 认识超声波传感器 相关知识 2 技能训练 3 任务分析 本任务主要介绍常用的超声波传感器。通过学习本任务的内容，了解常用的超声波传感器的基本结构、工作原理及应用特点，初步具备识别各类超声波传感器的能力。 相关知识 超声波遥控是近距离遥控中的一种实用的方法。人们把高于20kHz的声波称为超声波。超声波是一种机械振动波，可以在气体、液体和固体中传播，在空气中的传播速度为340m／s。图10-1所示为常用的超声波传感器。 图10－1 超声波传感器 1．系统框图 图10－2 简单的超声波遥控构成框图 在超声遥控中，以超声波为载体，发射和接收器件是超声波发生器和超声波接收器。 图10－3 带编解码器的多路超声波遥控构成框图 图10-3是一个使用了编解码技术的超声遥控装置的示意框图，可以实现多路遥控。该装置在发射电路中对超音频信号进行了编码调制，在接收电路中相应地增加了解码环节。 1）束射特性 2）吸收特性 3）超声波的能量传递特性 4）超声波的声压特性 5）空化现象 2．超声波的特点 凡能将任何其他形式能量转换成超音频振动形式能量的元件均可用来产生超声波，这类元件即是超声波探头。超声波探头根据其工作原理不同有压电型、磁致伸缩型、电致伸缩型、振板型、弹性表面波型等数种，最常用的是压电型。 超声波探头是实现电能和声能相互转换的一种换能器件。按其结构不同又分为直探头、斜探头、联合双探头和液浸探头等。 3．超声波种类 1）直探头 超声波垂直于辐射面而发出，用以检测基本平行于探测面的平面型或者立体型物质，其外形如图10-4所示。工业上广泛用于锻件、铸件、板材等超声波探伤。 图10--4 直探头 2）斜探头 斜探头主要用二于检测与探测面成一定角度的平面型及立体型物质，其外形如图10-5所示，工业上广泛用于焊缝、管材等超声波探伤。 图10--5 斜探头 3）联合探头 联合双探头的结构就是二个单探头的组合，一个用于发射，一个用于接收。如图10-6所示。 图10--6 联合双探头 4）液浸探头 液浸探头常用于水浸法（被检测体和探头均浸于水中）的手工或者自动探伤。 技能训练 训练目的 训练器材 原理简介 训练内容与步骤 掌握超声波传感器的质量判别。 1．训练目的 音频振荡电路板、压电式超声波传感器（发射管、接收管）、万用表。 2．训练器材 超声波传感器用万用表直接测试是没有什么反映的。那如何检测超声波传感器的好坏？这就需要利用音频振荡电路。如图10-7所示，当C1为合适的值时，在反相器⑧脚与⑩脚间可产生音频信号。把要检测的超声波传感器(发射和接收)接在⑧脚与⑩脚之间;如果传感器能发出音频声音，基本就可以确定此超声波传感器是好的。 3．原理简介 图10－7 检测超声波传感器的电路 （1）按图10-7，接线。 （2）选C1为3900 μF，观察反相器CD4069的⑧脚与⑩脚间的波形，并记录波形。 （3）将超声波传感器(发射和接收)接在⑧脚与⑩脚之间，看现象，记录波形。 （4）选C1为0.01μF，观察反相器CD4069的⑧脚与⑩脚间的波形，并记录波形。 （5）再将超声波传感器(发射和接收)接在⑧脚与⑩脚之间，看现象，记录波形。 4．训练内容与步骤 任务分析 1 任务一 传感器技术基础 任务10.2 超声波传感器的应用 相关知识 2 技能训练 3 任务分析 本任务主要介绍常用的超声波传感器的应用。通过学习本任务的内容，了解生活、工业中常用的超声波传感器，并能根据工程要求正确选择和使用。 相关知识 1．在工业无损检测中的应用 超声波探伤是无损探伤技术中的一种主要检测手段。它主要用于检测板材、管材、锻件和焊缝等材料中的缺陷、测定材料的厚度、检测材料的晶粒、配合断裂力学对材料使用寿命进行评价等。超声波探伤具有检测灵敏度高、速度快、成本低等优点，因而得到人们普遍的重视，并在生产实践中得到广泛的应用。超声波探伤方法多种多样，最常用的是脉冲反射法。脉冲反射法根据工作原理不同可分为A型、B型和C型三种。A型主要应用于工业无损检测中，B