传感检测技术详解.ppt

13.1.1 超声波传感器的工作原理 13.1.2 超声波传感器的应用 超声波的波型 超声波的传播速度 超声波的反射和折射 超声波的衰减 纵波-——质点振动方向与波的传播方向一致的 波，称为纵波。它能在固体、液体和气体中传播； 横波——质点振动方向垂直于传播方向的波，称为横波。它只能在固体中传播； 表面波——质点的振动介于纵波与横波之间，沿着表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波，称为表面波。表面波质点振动的轨迹是椭圆形（其长轴垂直于传播方向，短轴平行于传播方向）。表面波只能沿着固体的表面传播。 纵波、横波及表面波的传播速度，取决于介质的弹性常数及介质密度。气体和液体中只能传播纵波，其中气体中的声速为344m/s，液体中声速在900～1900m/s。 　　　在固体中，纵波、横波和表面波三者的声速成一定关系，通常可认为横波声速为纵波声速的一半，表面波声速约为横波声速的90％。 压电式超声波传感器 磁致伸缩式超声波传感器 压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。 压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。 压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。当超声波作用到压电晶片上时引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。 磁致伸缩式超声波传感器是利用铁磁材料的磁致伸缩效应原理来工作的。 磁致伸缩式超声波发生器是把铁磁材料置于交变磁场中，使它产生机械尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。 磁致伸缩式超声波接收器的原理是：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场（即导磁特性）发生改变。根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈里便获得感应电动势。此电势送到测量电路，最后记录或显示出来。 超声波测厚 超声波测物位 超声波测流量 超声波探伤 超声波测量流体流量是利用超声波在流体中传输时，在静止流体和流动流体中的传播速度不同的特点，从而求得流体的流速和流量。 时差法测流量 相位差法测流量 频率差法测流量 穿透法探伤： 穿透法探伤是根据超声波穿透工件后能量的变化情况来判断工件内部质量。 反射法探伤： 反射法探伤是根据超声波在工件中反射情况的不同来探测工件内部是否有缺陷。它又分为一次脉冲反射法和多次脉冲反射法两种。 优点：指示简单，适用于自动探伤；可避免盲区，适宜探测薄板。 缺点：探测灵敏度较低，不能发现小缺陷；根据能量的变化可判断有无缺陷，但不能定位；对两探头的相对位置要求较高。 红外辐射是由于物体(固体、液体和气体)内部分子的转动及振动而产生的。这类振动过程是物体受热而引起的，只有在绝对零度(-273.16℃)时，一切物体的分子才会停止运动。所以在绝对零度时，没有一种物体会发射红外线。换言之，在一般的常温下，所有的物体都是红外辐射的发射源。红外辐射本质上是一种热辐射。任何物体，只要它的温度高于绝对零度（－273℃），就会向外部空间以红外线的方式辐射能量，一个物体向外辐射的能量大部分是通过红外线辐射这种形式来实现的。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多，辐射的能量就越强。另一方面，红外线被物体吸收后可以转化成热能。温度愈低的物体辐射的红外线波长愈长。由此在工业上和军事上根据需要有选择地接收某一范围的波长，就可以达到测量的目的。 红外线作为电磁波的一种形式，红外辐射和所有的电磁波一样，是以波的形式在空间直线传播的，具有电磁波的一般特性，如反射、折射、散射、干涉和吸收等。红外线在真空中传播的速度等于波的频率与波长的乘积 。 热探测器主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电阻型和气体型。其中，热释电型探测器在热探测器中探测率最高， 频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展很快。 第13章传感检测技术 光子探测器是一种半导体器件，其核心是光敏元件 光子投射到光敏元件上时，促使电子-空穴对分离 产生电信号 光电效应产生速度很快 光电探测器对红外辐射的响应时间要比热敏探测器快得多 最短可达纳秒 2. 光子探测器 第13章传感检测技术 第13章传感检测技术 光子探测器的波长范围一般不变 对波长的响应率存在峰值λp，超过λp时响应曲线迅速截止 图中曲线2 原因是在大于一定波长的范围内，光子储量不足以激发电子的释出，电活性消失 光子探测器以光子为单元起作用