专题3 超声波检测原理与超声波传感器典型应用.ppt

* * 构件的超声探伤（续） * * 构件的超声探伤 * * 探头回波脉冲形状和频谱包络 * * 超声探伤的计算 设：显示器的x轴为10?s/ div (格)，现测得B波与T波的距离为6格，F波与T波的距离为2格。 求：1）t ? 及tF ； 2）钢板的厚度? 及缺陷与表面的距离xF 。 * * F1发射的超声波到达 F2的时间较短 频率差法测量流量原理： F1、F2 是完全相同的超声探头，安装在管壁外面，通过电子开关的控制，交替地作为超声波发射器与接收器用。首先由F1发射出第一个超声脉冲，它通过管壁、流体及另一侧管壁被F2接收，此信号经放大后再次触发F1的驱动电路，使F1发射第二个声脉冲 。紧接着，由F2发射超声脉冲，而F1作接收器，可以测得F1的脉冲重复频率为f1。同理可以测得F2的脉冲重复频率为f2。顺流发射频率f1与逆流发射频率f 2的频率差? f与被测流速v成正比 。 F2 F1 * * 发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧 * * 同侧式超声波流量计的使用 * * 超声波流量计现场使用 * * （3）多普勒效应测速（149到150页） 1）多普勒效应：当发射机与接收机之间距离变化时，发射机发射信号的频率与接收机收到信号频率不同的现象。 多普勒效应产生过程(以被测体向检测点接近的情况为例): 如图a所示，发射机发的信号波(电磁或超声)向被测体辐射，被测体以速度v运动，被测体作为接收机收到的信号频率： f1 =f0+ v /?0 式中，f0为发射机发射信号的频率；v为被测物体的运动速度；?0为发射信号波长，?0＝C/f0，C为信号波传播速度。 * * 如果将f1作为反射波向接收机发射，如上图b所示。接收机接收到的信号波频率为： f2 = f1+ v /?1 = f0+ v /?0 + v /?1 若被测物的运动速度v远小于信号波的传播速度C，即 v C时，可认为?0 =?1，所以 f2 = f0 + 2v /?0 由多普勒效应产生的频率之差称为多普勒频率，即 fd=f2?f0=2v /?0 可见，只要v C，被测体的运动速度v可用多普勒频率和信号波长描述为：v =?0 fd/2。 * * 多普勒雷达组成:发射机+接收机+混频器+检波放大+处理电路 工作原理：当发射信号和收到的回波信号混频后，两者产生 差频现象，差频的频率即多普勒频率。 多普勒雷达产生的多普勒频率：fd＝(2vcos?)/?0 ; 其中v为被测 体线速度；?为探测信号发射方向与被测体的速度方向夹角； ?0为信号波长；vcos?为电磁波方向与被测物体的速度分量。 已知夹角?和信号波长?0，测多普勒频率fd可得被测速度v。 激光或电磁波多普勒雷达广泛应用 于车辆行驶速度检测；超声多普勒 可测流体的流速，如通过测人体血 管内血液流速来检查血液黏度。 * * 超声波多普勒测量车速 * * 多普勒效应 前进方向的频率升高 如果波源和观察者之间有相对运动，那么观察者接收到的频率和波源的频率就不相同了，这种现象叫做多普勒效应。测出?f 就可得到运动速度。 * * 超声波多普勒测量风速 风 风引起超声波的频率变大或变小 * * （4）超声波传感器测厚（补充） 双晶直探头中的压电晶片发射超声振动脉冲，超声脉冲到达试件底面时，被反射回来，并被另一只压电晶片所接收。只要测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的时间t，再乘以被测体的声速常数c，就是超声脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除以2，就得到厚度? ： * * 手持式超声波测厚仪 * * 某超声波测厚仪指标 显示方法∶128*32 LCD 点阵液晶显示（带背光） 显示位数：四位 测量范围：0.8~200mm 示值精度：0.1mm 声速范围：1000 ~ 9999m/s 测量周期：2次/秒 自动关机时间：90秒 电源：二节七号（AAA）电池，可连续工作不少于72小时 使用温度：-10°C ~ 40°C 存储温度：-20°C ~ 70°C 外形尺寸：108x61x25mm 重量：230g （含电池） * * 超声波测厚 石料测厚 * * 超声波手持式测厚 混凝土测厚 木材测厚 小提琴 木料测厚 * * 双晶超声波测厚探头 * * 双晶超声波测厚探头（续） * * （5）超声波无损探伤（补充） 一、无损探伤的基本概念 人们在使用各种材料（尤其是金属材料）的长期实践中，观察到大量的断裂现象，它曾给人类带来许多灾难事故，涉及舰船、飞机、轴类