趙衛(wèi)星

摘 要：本文主要介紹了產(chǎn)生波技術(shù)和超聲波傳感器的構(gòu)成并分析了超聲波傳感器在測(cè)距離、測(cè)流量、側(cè)厚度及材料探傷等方面的應(yīng)用。超聲波具有頻率高、波長(zhǎng)短、方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)使得超聲波在傳感器方面得到了廣泛的應(yīng)用。具有一定的研究?jī)r(jià)值。

關(guān)鍵詞：超聲波技術(shù);超聲波測(cè)距;超聲波側(cè)厚度;超聲波測(cè)流量;超聲波探傷

隨著科技的發(fā)展。傳感器在我們的生活中已隨處可見(jiàn)，傳感器技術(shù)的發(fā)展為科技的進(jìn)步起到了極大的推動(dòng)作用。超聲波傳感器以其方向性強(qiáng)、能量易集中等特點(diǎn)在機(jī)械工業(yè)、流量測(cè)量、醫(yī)療等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

1 超聲波技術(shù)

超聲波技術(shù)是集物理學(xué)、機(jī)械、電子學(xué)和材料學(xué)多門學(xué)科為基礎(chǔ)的技術(shù)，主要研究超聲波的發(fā)射、傳導(dǎo)和接受。人耳能聽(tīng)到的聲波頻率具有一定的范圍，高于人耳能聽(tīng)到的范圍的聲波成為超聲波，超聲波的傳導(dǎo)與傳導(dǎo)介質(zhì)和彈性特征有關(guān)。超聲波具有聚束、定向及反射、透射等特性。目前超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)、超聲焊接、和超聲醫(yī)療等方面，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)利益。

2 超聲波傳感器

超聲波傳感器是利用超聲波技術(shù)研發(fā)的一種傳感器，超聲波傳感器的主要組成部件是既可以發(fā)射聲波又可以接受聲波的壓電晶片。用作探測(cè)的超聲波傳感器具有不同的結(jié)構(gòu)，可分為直探頭、雙探頭、斜探頭等。構(gòu)成壓電晶片的材料、厚度也各不相同。

3 超聲波測(cè)距

超聲波測(cè)距原理是通過(guò)超聲波發(fā)射器發(fā)射聲波，當(dāng)聲波遇到障礙物時(shí)返回，通過(guò)聲波的傳導(dǎo)速度和返回的時(shí)間計(jì)算出發(fā)射器距障礙物的距離，這就是時(shí)間差測(cè)距法。超聲波也是一種聲波，其傳播速度與溫度、壓強(qiáng)等因素有關(guān)，但在溫度變化不大的時(shí)候可以忽略溫度的影響。如果對(duì)測(cè)距的要求較高，應(yīng)當(dāng)采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行校正。

4 超聲波測(cè)厚度

超聲波側(cè)厚度的常用方法有脈沖回波法、共振法、干涉法等。脈沖回波法測(cè)厚度的原理是：超聲波探頭與被測(cè)物體的表面接觸，主控制器產(chǎn)生一定的脈沖信號(hào)，由接受放大器將信號(hào)放大，通過(guò)探頭傳到被測(cè)物體表面并反射回來(lái)，被同一探頭接受。通過(guò)聲波在物件中的傳播速度、試件的厚度及時(shí)間即可求出被測(cè)物件的厚度。時(shí)間間隔可由將發(fā)射脈沖和接受脈沖加至示波器的垂直偏轉(zhuǎn)板上求得。

5 超聲波測(cè)流量

超聲波測(cè)流量的是利用超聲波在靜止流體和流動(dòng)流體傳播速度不同的原理測(cè)得流體的流速和流量。超聲波測(cè)流量的方法有：時(shí)差法測(cè)流量、相位法測(cè)流量、頻率法測(cè)流量等。常使用的工具是超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)屬于非接觸式流量計(jì)，適用于不易接觸和觀察的流體和大管徑流量。超聲波流量計(jì)不用在流體中安裝測(cè)流原件，不會(huì)對(duì)流體造成阻力影響，此外，超聲波流量計(jì)幾乎不受流體溫度、壓力、年度、密度等因素的影響，可以保證測(cè)量的精確度，因此非常適合工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程。

6 超聲波探傷

超聲波探傷是一種探測(cè)材料是否存在雜質(zhì)、氣孔、裂紋等缺陷的檢測(cè)手段。透射法探傷是根據(jù)超聲波穿透被測(cè)件后能量的變化來(lái)判斷被測(cè)件內(nèi)部是否存在缺陷。工作原理是：將超聲波發(fā)射探頭和接受探頭放在被測(cè)件的兩側(cè)，并且在一條直線上，當(dāng)被測(cè)件內(nèi)部無(wú)損傷時(shí)，接受的能量最大;當(dāng)被測(cè)件內(nèi)部有損傷時(shí)，因內(nèi)部能量被反射，接受到的能量偏小。

總結(jié)：超聲波傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、成本較低，因此在各行業(yè)廣泛使用。但目前傳感器仍具有一定的缺點(diǎn)：壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高、超聲探頭在高溫環(huán)境工作時(shí)需要制冷設(shè)備、靈敏度主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高;反之，靈敏度低等。

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