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数字式传感器 现代传感器原理 及应用 现代传感器 Modern Transducers 光电式传感器 光纤式传感器 数字式传感器 波与射线传感器 其他新型传感器 超声波传感器 微波传感器 红外传感器 激光传感器 核辐射传感器 波与射线传感器 超声波传感器 超声波是一种机械振动波，超声波的频率高于20kHz，由于波长短，绕射现象小，且方向性好，传播能量集中，能定向传播。 超声波碰到杂质或分界面时会产生反射、折射和波形变换等现象。 振荡源在介质中产生三种形式的振荡波 ： 横波：质点振动方向垂直于传播方向沿表面传播的波，横波只能在固体中传播。 纵波：振动方向与传播方向一致的波，纵波能在固态、液体和气体中传播。 表面波：振动介于横波和纵波之间，沿表面传播的波，表面波随深度的增加而衰减加快。 超声波传感器 超声波传感器的结构 超声波传感器是实现声电转换的装置，又称为超声波换能器或超声波探头。 超声波传感器的总体结构： 按其结构分为直探头、斜探头、双探头和液浸探头。 按其工作原理又可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等。在实际使用中，以压电式探头最常见。 超声波传感器 超声波传感器的结构 超声波传感器的内部结构： 主要由金属网、外壳、锥形扬声器、压电晶片、底座、引脚等部分组成。 图8.2 超声波传感器内部结构 (a) 典型外型 (b) 表示符号 图8.3 超声波传感器的典型外形和表示符号 超声波传感器 超声波传感器的基本原理 人们可听到的声音频率为20Hz~20kHz，超出此频率范围的声音，即20Hz以下的声音称为次频声波，20kHz以上的声音称为超声波，一般说话的频率范围为100Hz~8kHz。 超声波传感器是利用压电效应的原理，压电效应分为逆效应和顺效应，超声传感器是可逆元件，超声波发送器就是利用逆压电效应的原理，在压电元件上施加电压，元件就变形，即称应变。 超声波传感器 超声波传感器的基本特性 本节以MA40S2R/S超声波传感器为例，说明超声波传感器的各种特性。 超声波传感器的频率特性 传感器的频率特性，它反映传感器的灵敏度与频率之间的关系。 发射与接受的灵敏度都是以标称频率为中心（波形的最高点）向两边逐渐降低。 超声波传感器的指向性 指向性表示方向性的特性。 超声波传感器 超声波传感器的基本特性 超声波传感器的温度特性 超声波传感器的温度特性，说明的是灵敏度、频率与温度之间的非线性关系，如图8.8所示。一般来说，温度越高，中心频率、灵敏度、输出声压电平越低。 超声波传感器的阻频特性 阻频特性是指超声波传感器的阻抗和频率之间的非线性关系。 超声波传感器 超声波传感器专用器件 T/R—40—XX系列通用型超声波发射/接收传感器 MA40EIS/EIR密封式超声波发送接收传感器 UCM—40—T/R超声波发射/接收传感器 LM1812超声波遥控专用集成电路 微波的性质与特点 微波是介于红外线与无线电波之间的电磁辐射。 微波是波长在1～1000mm范围的电磁波，它既具有电磁波的一般性质，又具有自己的特点： 微波易于产生，发射装置容易制造； 定向性好，容易反射、绕射能力差； 介质对微波能量的吸收与介质的介电常数成正比例； 传输损耗小，传输过程中受烟雾、灰尘、强光等影响很小。 微波传感器 微波传感器原理 微波传感器是利用微波特性来检测一些物理量的器件或装置。由发射天线发出微波，遇到被测物体时被吸收或反射，使微波功率发生变化。 微波传感器通常由微波发射装置、 微波天线及微波检测器三部分组成。 微波的检测方法有两种，一种是将微波变化为电流的视频变化方式，另一种是与本机振荡器并用，变化为频率比微波频率低的外差法。 微波传感器 微波传感器分类及特点 根据微波的传输特性，微波传感器可分为如下两类。 反射式微波传感器：可以检测被测物反射回来的微波功率或经过的时间间隔，从而计算出被测物的位置、厚度等参数。 遮断式微波传感器：利用微波穿透物体时的损耗特性的不同来工作的，它通过检测、分析接收天线接收到的微波功率的大小，来判断发射天线之间有无被测物体或被测物体的厚度与含水量等参数。 微波传感器 微波传感器分类及特点 微波传感器的特点： 微波传感器属于非接触测量 ； 检测速度快、灵敏度高； 可以在恶劣环境条件如高温、高压、有毒、有放射线环境条件下工作； 输出信号可以方便地调制在载波信号上，便于发射与接收，便于实现遥感与遥控。 微波传感器 微波传感器的应用 湿度测量 物位测量 厚度测量 温度测量 微波传感器 微波发射 天线 微波接收 天线 图8.15 微波液位计 图8.16微波开关式物位计 红外线特性 红外线 可见光的波长范围在0.38~0.75μm之间 。比红光的波长0.75μm还长的光称为红外光。 红外遥控就是利