10.1超聲波及其物理性質10.2超聲波傳感器10.3超聲波傳感器的應用第10章超聲波傳感器第10章超聲波傳感器

功率超聲：用超聲波使物體或物性變化的功率應用。檢測超聲：用超聲波獲取若干信息。超聲波技術應用：超聲探傷、超聲清洗、超聲焊接、超聲監測、超聲醫療等。高于20000Hz的機械波，稱之為超聲波。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。10.1超聲波及其物理性質

振動在彈性介質內的傳播稱為波動，簡稱波。頻率在16~2×104Hz之間，能為人耳所聞的機械波,稱為聲波；低于16Hz的機械波,稱為次聲波；高于2×104Hz的機械波,稱為超聲波。

頻率在3×108～3×1011Hz之間的波，稱為微波。

一、超聲波的波形及其轉換聲源在介質中施力方向與波在介質中傳播方向的不同,聲波的波型也不同。通常有:①縱波——質點振動方向與波的傳播方向一致的波；②橫波——質點振動方向垂直于傳播方向的波；③表面波——質點的振動介于橫波與縱波之間，沿著表面傳播，振幅隨著深度的增加而迅速衰減的波。橫波只能在固體中傳播，縱波能在固體、液體和氣體中傳播,表面波只能在固體表面傳播。（10-2）二、超聲波的反射和折射

三、超聲波的衰減聲壓和聲強的衰減規律Px=P0e-αx（10-7）Ix=I0e-2αx（10-8）式中:Px、Ix——距聲源x處的聲壓和聲強;x——聲波與聲源間的距離;α——衰減系數,單位為Np/m（奈培/米）聲波在介質中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，其衰減的程度與聲波的擴散、散射及吸收等因素有關。10.2超聲波傳感器超聲波傳感器：利用超聲波在超聲場中的物理特性和各種效應而研制的裝置。又稱為超聲波換能器、探頭、探測器。壓電式超聲波探頭分類磁致伸縮式電磁式等

10.3超聲波傳感器的應用

一、超聲波物位傳感器

反射式物位傳感器透射式→回聲測距原理超聲波發射換能器發出的超聲波脈沖，在介質中傳到相界面經過反射后，再返回到接收換能器，這就是回聲測距原理。單換能器傳感器:發射和接收超聲波均使用一個換能器。雙換能器傳感器:發射和接收各由一個換能器擔任。對于單換能器來說,超聲波從發射到液面,又從液面反射到換能器的時間為式中:h——換能器距液面的距離;c——超聲波在介質中傳播的速度。對于雙換能器來說,超聲波從發射到被接收經過的路程為2s,s=（10-11）液位高度為（10-12）式中:s——超聲波反射點到換能器的距離;a——兩換能器間距之半。（10-9）（10-10）RL-TD超聲波液位計用途：

采用小功率、小盲區收發一體式進口超聲波傳感器，通過測量時間差的原理，經微處理器進行信號處理精密計算，測得液料距離。主要測量液體液位高低如江河水位、廢水液位、罐裝液體液位、泥漿等,RL-TD超聲波液位計現已廣泛應用于污水處理、電廠、化工廠、鋼廠、制藥廠、酒廠。本產品可用于有輕微防腐要求的環境中，該產品在國內已有近十年的應用史，性能達到國際標準，是降低費用、替代進口產品的理想選擇。工業殼體型

LU超聲波液位計用途：

美國原裝進口產品，非接觸式二線制連續測量，超聲波液位計適合應用在酸堿罐、油、污水罐測量，最大量程范圍達12m，是化工廠(酸咸液均可)、污水處理廠、制藥廠及環保部門液位測量的最佳選擇。

二、超聲波流量傳感器1.原理設順流方向的傳輸時間為t1，逆流方向的傳輸時間為t2，流體靜止時的超聲波傳輸速度為c，流體流動速度為v，則t1=（10-13）t2=（10-14）超聲波傳播時間差為Δt=t2-t1=（10-15）由于c＞＞v,從上式可得到流體的流速:v=（10-16）換能器A、B與管道軸線夾角為θ，管徑為D，流體流速為v，換能器A發射，B接收時，超聲波的傳播速度為當B發射而A接收時，超聲波傳播速度為c——流體靜止時的超聲波傳輸速度。消去c，得：

超聲波流量傳感器的測定方法：時差法、速差法、相差法、頻差法、多普勒法、相關法（1）時差法設L為兩換能器間的傳播距離，當A發射，B接收，順流傳播時間為而B發射，A接收時，逆流傳播時間為時差為v＜＜c流體平均流速為

2．特點優點：可以實現非接觸測量，對測量管道講無插入件，沒有流體附加阻力，不受介質粘度、導電性及腐蝕性影響，另外，不論哪種方案，均為線性特性，容易實現數字化輸出及