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超声波传感器原理与应用知识

实验室资讯网时间:2017-12-22 点击: 百度搜索

【导读】超声波传感器原理与应用知识超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵和振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体......
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超声波传感器原理与应用知识超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵和振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波,其频率较低,一般为几十KHZ,而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快,而在液体及固体中传播,衰减较小,传播较远。利用超声波的特

超声波传感器原理与应用知识

超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵和振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波,其频率较低,一般为几十KHZ,而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快,而在液体及固体中传播,衰减较小,传播较远。利用超声波的特性,可做成各种超声传感器,配上不同的电路,制成各种超声测量仪器及装置,并在各个行业得到广泛应用。

超声波应用有三种基本类型,透射型用于遥控器,防盗报警器、自动门、接近开关等;分离式反射型用于测距、液位或料位传感器;反射型用于材料探伤、测厚传感器等。


1、超声波传感器的基本原理

超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接收器。超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。

首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出超声波,接着超声换能器转入接受状态(相当于一个麦克风),处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反射超声波的物体距离。


把超声波传感器安装在合适的位置,对准被测物变化方向发射超声波,就可测量物体表面与传感器的距离。


2、环境对超声波测量的影响

(1)空气温度的影响

声波行程时间受气温的影响程度为0.17%/K。也就是说40℃时的声速相对于20℃时改变了+3.4%,因此测量距离也会改变约+3.4%。但如果选用的超声波传感器中有温度补偿功能,此影响可忽略不计。

(2)空气湿度的影响

从干燥的空气到饱和湿度的空气中,声速最多增加2%。因此测量距离改变最大也只有2%。实际现场中,空气湿度变化不会如此大,此影响一般小于1%。

(3)空气压力的影响

在一固定地点,正常情况下的气压波动为±5%,会造成声速波动约±0.6%。

(4)气流的影响

当风速大于50km/h时,声波速度及方向的改变会大于3%。在现场使用中,只有靠近被测物表面的几厘米的气流有可能大于20km/h,且垂直于测量方向,故对测量结果的影响可忽略。

(5)油雾的影响

只要防止油雾沉降在超声换能器的有效表面上,就可避免它的影响。


(本文来源:互联网 )

(责任编辑:Labtoday)

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