第七章 超声波传感器

第七章超声波传感器

一、填空题

1）超声波的频率大于 KHz。

2）超声波从水中向空气传播，在交界面其能量反射率较。

二、单项选择题

1）人讲话时，声音从口腔沿水平方向向前方传播，则沿传播方向的空气分子______。

A. 从口腔附近通过振动，移动到听者的耳朵

B. 在原来的平衡位置前后振动而产生横波

C. 在原来的平衡位置上下振动而产生横波

D.在原来的平衡位置前后振动而产生纵波

2）一束频率为1MHz的超声波（纵波）在钢板中传播时，它的波长约为_____，声速约为______。

A. 5.9m

B. 340m

C. 5.9mm

D. 1.2mm

E.5.9km/s

F.340m/s

3）超声波频率越高，______。

A. 波长越短，指向角越小，方向性越好

B. 波长越长，指向角越大，方向性越好

C. 波长越短，指向角越大，方向性越好

D. 波长越短，指向角越小，方向性越差

4）超声波在有机玻璃中的声速比在水中的声速______，比在钢中的声速_____。

A. 大

B. 小

C. 相等

5）超声波从水（密度小的介质），以45 倾斜角入射到钢（密度大的介质）中时，折射角______于入射角。

A. 大于

B. 小于

C. 等于

三、分析问答

1、超声波传感器的发射探头和接收探头各自的工作原理分别是基于那些电学效应？

2、什么是耦合剂？其在超声波传感器的工作过程中起到的作用是什么？

四、计算题

用超声波传感器对一器件进行探伤，采用如图所示的反射法，探头包括发射、接收两部分，已知t d1=3.0×10uS,t d 2=2×10uS，t f =1.2×10uS，h=3.2cm。问：

1）b)、c)两图中哪一个是对应此种情形的荧光屏所示信号波形？

2）其中各脉冲电压各对应什么信号？

3）由荧光屏上的结果可知此器件中的缺陷在何位置？

a) b) c)

习题答案：

一、填空题1)40 2) 大

二、选择题

1）D 2) C E 3) A 4) A B 5) A

三、分析与问答

1、发射探头：基于逆压电效应

接收探头：基于压电效应

2、减小探头与被测物表面间的薄气层造成的超声波能量衰减。

四、计算题

1）是图b)

2）F是发射信号，T是缺陷处的反射脉冲，B是底面反射信号

3）经计算得H=1.96cm即在表面向下1.96 cm深处。

超声波传感器的使用注意事项

探测范围和大小 要探测的物体大小直接影响超声波传感器的检测范围。传感器必须探测到一定声级的声音才可以进行输出。大部件能将大部分声音反射给超声波传感器，这样传感器即可在其最远传感距离检测到此部件。小部件仅能反射较少的一部分声音，从而导致传感范围大大缩小。 探测物体的特点 使用超声波传感器探测的理想物体应体积大、平整且密度高，并与变换器正面垂直。最难探测的物体是体积小且由吸音材料制成的物体，或者与变换器呈一定角度的物体。 如果液面静止且与传感器表面垂直，探测液体就很容易。如果液面波动大，可延长传感器的响应时间，从而取波动变化的平均值以获得更一致的读数。但是，超声波传感器还不能精确探测表面为泡沫状的液体，因为泡沫会使声音的传播方向发生偏离。这时可以使用超声波传感器的反向超声模式，探测形状不规则的物体。在反向超声模式下，超声波传感器会探测一个平整背景，如墙壁。任何穿过传感器和墙壁之间的物体都会阻断声波。传感器即可通过探测该干扰来识别物体的存在。 温度导致的衰减 传感器还设计了温度补偿功能，以调节环境温度的缓慢改变。但是，它不能调节温度梯度或环境温度的快速变化。 周围是否有振动 无论是传感器本身的振动还是附近机器的振动，都可能会影响测量距离时的精确度。可在安装传感器时用橡胶防振装置来减少这类问题。有时也可使用导轨来消除或降低部件振动。 环境导致的误测 附近的物体可能会反射声波。要准确探测目标物体，必须降低或消除附近声音反射表面的影响。为了避免误测附近物体，许多超声波传感器都装有LED指示灯，用于在安装时指示操作人员，以确保正确安装传感器并降低误测风险。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有 10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路

测试技术基础答案 第三章 常用传感器

第三章 常用传感器 一、知识要点及要求 (1)掌握常用传感器的分类方法； (2)掌握常用传感器的变换原理； (3)了解常用传感器的主要特点及应用。 二、重点内容及难点 (一)传感器的定义、作用与分类 1、定义：工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。 2、作用：传感器的作用就是将被测量转换为与之相对应的、容易检测、传输或处理的信号。 3、分类：传感器的分类方法很多，主要的分类方法有以下几种： (1)按被测量分类，可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等； (2)按传感器的工作原理分类，可分为机械式、电气式、光学式、流体式等； (3)按信号变换特征分类，可概括分为物性型和结构型； (4)根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，可分为能量转换型与能量控制型； (5)按输出信号分类，可分为模拟型和数字型。 (二)电阻式传感器 1、分类：变阻式传感器和电阻应变式传感器。而电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片两类。 2、金属电阻应变片式的工作原理：基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。金属电阻应变片式的的灵敏度v S g 21+=。 3、半导体电阻应变片式的工作原理：基于半导体材料的电阻率的变化引起的电阻的变化。半导体电阻应变片式的的灵敏度E S g λ=。 (三)电感式传感器 1、分类：按照变换原理的不同电感式传感器可分为自感型与互感型。其中自感型主要包括可变磁阻式和涡电流式。 2、涡电流式传感器的工作原理：是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。 (四)电容式传感器 1、分类：电容式传感器根据电容器变化的参数，可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。 2、极距变化型：灵敏度为201δ εεδA d dC S -==，可以看出，灵敏度S 与极距平方成反比，极距越小灵敏度越高。显然，由于灵敏度随极距而变化，这将引起非线性误差。 3、面积变化型：灵敏度为常数，其输出与输入成线性关系。但与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角速度的测量。 4、介质变化型：可用来测量电介质的液位或某些材料的厚度、湿度和温度等；也可用于测量空气的湿度。 (五)压电式传感器 1、压电传感器的工作原理是压电效应。

超声波传感器及其应用

超声波传感器及其应用 摘要 本文主要介绍了超声波的特点,超声波传感器的原理与应用等多个方面。文中阐述了超声波与可听声波的区别,超声波传感器在医疗,工业生产,液位测量,测距系统等多个领域中得到了广泛的应用。因超声波具有的独特的特性,使得超声波传感器越来越在生产生活中体现了其重要性,具有一定的研究价值。 关键词:超声波传感器疾病诊断测距系统液位测量

Ultrasonic sensors and its application Abstract This paper mainly introduces the characteristics of ultrasonic, principle and application of ultrasonic sensors, etc. In this paper, the ultrasound and sound waves, ultrasonic sensors in medical treatment, industrial production, level measurement, ranging in many fields such as system has been widely used. Due to the unique characteristics of ultrasonic has, ultrasonic sensors in production and life embodies its importance, has certain value. key words: ultrasonic sensors Disease diagnosis Distance measuring system level

超声波传感器的设计与应用演示教学

超声波传感器的设计 与应用

传感器课程设计 （2010级） 题目：超声波传感器的设计与应用 学员姓 名：xxx 学 号：201003011020 学员姓 名：xxx 学 号：201003011027 学员姓 名：xxx 学 号：201003011003 xxx

二〇一三年九月

目录 ...............................................................................................................................................第一章超声波传感器简介........................................................................................ 1.1超声波传感器是什么 (2) 1.2超声波传感器应用前景 (2) 第二章超声波传感器设计 (3) 2.1设计目标描述 (3) 2.2 设计指标 (3) 2.3 传感器结构概述 (4) 2.4 传感器设计原理 (4) 2.4.1 物理部分设计 (4) 2.4.2 电路部分设计 (7) 第三章硬件设计 (8) 3.1 单片机设计 (8) 3.2 传感器设计 (11) 3.3 单片机与传感器连接 (12) 第四章软件设计 (13) 4.1 总体设计思路 (13) 4.2 软件程序 (13) 第五章测试结果与分析 (21) 第六章结论 (22) 参考文献 (24)

第一章超声波传感器的设计 1.1超声波传感器是什么 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 1.2超声波传感器应用前景 随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有 限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来，超声波传感器作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以

医学超声波第三章作业及答案

第三章 1、换能器将一种形式的能量转换为一种形式。 2、超声探头（换能器）将电能转换为超声能，反之亦然。 3. 超声探头基于压电效应效应进行工作。 4. 当电压脉冲信号施加到探头上，就会产生超声脉冲，其频率和电压脉 冲信号相同。 5. 压电振子的共振频率取决于厚度。 6. 当探头压电振子的厚度增加时，其工作频率下降。 7. 吸声块可以减小脉冲的循环次数次数，从而提高轴向分辨率和带宽。 8. 某一探头的压电振子，若厚度为0.4mm时的工作频率为 5MHz，当工作频率为10MHz时， 厚度为 0.2 mm。 9. 下列哪个频率的探头其压电振子最薄？E A． 2MHz B. 3MHz C .5MHz D.7MHz E. 10MHz 10. 探头表面的匹配层可减小由于阻抗差异导致的反射。 11. 皮肤表面的耦合剂用于消除空气（层）引起的反射。 12. 吸声块使得脉冲宽度加宽。对还是错？错。 13. 吸声块提高效率。对还是错？错。 14. 吸声块位于压电振子的前面还是背面？背面。 15. 匹配层位于压电振子的前面还是背面？前面。 16. 匹配层的阻抗为 B 。 A．和压电材料相同 B. 介于压电材料和软组织的阻抗之间 C. 小于软组织的阻抗 D. 等于软组织的阻抗 17. 若探头可工作于多个频率，则要求探头具有宽带宽。 18. 工作频率为5MHz，带宽为1MHz的探头可工作于6MHz。对还是错？错。 19. 工作频率为5MHz，带宽为2.5MHz的探头可工作于3MHz和7MHz。对还是错？错。

20. 声束可分为两个区域，即近场和远场。 21. 近场长度随着孔径和频率的增加而增加。 22. 下列哪个探头的近场最长？ C 。 A．6mm,5MHz B. 6mm, 7MHz C. 8mm,7MHz 23. 一般认为，可在近场内聚焦。下列哪个探头可在6cm处聚焦？ C 。 A．5MHz，NZL为5cm B. 4MHz，NZL为6cm C. 4MHz， NZL 为10cm D. B 和C E.以上都不是 24. 超声可通过下列哪种方式聚焦？ D 。 A．凸阵 B. 透镜 C. 相控阵 D. 不止一种 25 在任何深度，聚焦均可以减小声束。对或错？错。 26. 电压脉冲按顺序激励组合阵元，是属于哪种探头的扫描方式？AC 。（多选题） A．线阵 B. 相控阵 C. 凸阵 27. 电压脉冲激励所有或大部分阵元，是属于哪种探头的扫描方式？ B 。 A．线阵 B. 相控阵 C. 凸阵 28. 若相控阵阵元的激励顺序是从左往右，则声束 B 。 A．向左 B. 向右 C. 聚焦 29. 阵列探头有哪三种扫描方式（按操作方式）？ B 、 C 、 D 。 A．线性扫描 B. 相控扫描 C. 顺序扫描 D. 矢量扫描 30. 阵列探头外层阵元和内层阵元的激励信号的延迟时间间隔越小，则发射的超声脉冲的曲 率减小，焦点更深（更远）。 31. 在凸阵探头和矢阵探头中，超声脉冲的方向不同且来自不同的起点（源 自探头表面） 32. 轴向分辨率AR的值越小越好。对或错？对。

超声波传感器及超声波测距

超声波传感器及超声波测距 摘要：介绍了一种基于AT89C52单片机的超声波测距系统，由555和运放及比较器配合超声波传感器有效组成了超声波的发射电路和接收电路。同时在数据处理，盲区消隐方面提出了有效解决方法! 从而提高了检测的精度及灵敏度,以及用LCD液晶显示器配合美妙的音乐进行显示。本文主要阐述了超声测距系统的硬件电路构成、工作原理及软件设计方法。该系统硬件结构简单、工作可靠,有良好的测量精度和灵敏度。 [关键字] 超声波测距 LCD液晶

前言 随着科技的迅猛发展越来越多科技成果被广泛的运用到人们的日常生活当中,给我们的生活带来了诸多方便。这一设计就是本着这个宗旨出发,利用超声波的特性来为我们服务。 人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。由于超声波指向性强,因而常于距离的测量。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在移动机器人,汽车安全,海洋测量等上得到了广泛的应用。本设计提供一种液晶显示测距装置,该装置利用了发射接收一体化的超声波传感器和微处理器。采用超声波传感器分时工作于发射和接收,利用声波在空气中的传播速度和发射脉冲到接收反射脉冲的时间间隔计算出障碍物到超声波测距器之间的距离。 距离是在不同的场合和控制中需要检测的一个参数,所以,测距就成为数据采集中要解决的一个问题。尽管测距有多种方式,比如,激光测距,微波测距,红外线测距和超声波测距等。但是,超声波测距不失为一种简单可行的方法。虽然超声波测距电路多种多样,甚至已有专用超声波测距集成电路。但是,有的电路复杂,技术难度大,有的调试困难,有的元件不易购买。本文介绍的电路,成本低廉,性能可靠,所用元件易购,并且利用测距原理,结合单片机的数据处理,使测量精度提高,电路实现容易,无须调试,工作稳定可靠。

超声波传感器简介

超声波传感器 基本介绍 人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置是声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。 超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，使用前必须预先了解它的性能。 组成部分 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。 ①

第三章 医用超声换能器

第三章医用超声换能器 应用超声波进行诊断时，首先要解决的问题是如何发射和接收超声波，通过使用超声换能器可以解决这个问题。 目前医学超声设备大多采用声电换能器来实现超声波的发射与接收。 声电换能器按工作原理分为两大类，即电场式和磁场式。 电场式中，利用电场所产生的各种力效应来实现声电能量的相互转换，其内部储能元件是电容，它又分为压电式、电致伸缩式、电容式。 磁场式中，是借助磁场的力效应实现声电能量的互相转换，内部储能元件是电感，它又分为电动式、电磁式、磁致伸缩式。 在医学超声工程中，使用的最多的是压电式超声换能器。 §3.1 压电效应与压电材料特性 一、压电效应 压电效应是法国物理学家Pierre Curie 和Jacqnes Curie 兄弟于1880年发现的。 图3-1 压电效应示意图 对某些单晶体或多晶体电介质，如石英晶体、陶瓷、高分子聚合材料等，当沿着一定方向对其施加机械力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个对应表面上便

产生符号相反的等量电荷，并且电荷密度与机械力大小成比例；而且当外力取消后，电荷也消失，又重新恢复不带电状态，这种现象称为正压电效应，如图3-1。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随着改变。 相反，当在电介质的极化方向上施加电场(加电压)作用时，这些电介质晶体会在一定的晶轴方向产生机械变形；外加电场消失，变形也随之消失，这种现象称为逆压电效应(电致伸缩)。 如果在电介质的两面外加交变电场时，电介质产生压缩及伸张，即产生振动，此振动加到弹性介质上，介质亦将振动，产生机械波。如外加交变电场频率高于20KHz，则这种波即是超声波。 超声接收换能器采用了正压电效应，将来自人体中的声压转变为电压。超声波发射换能器采用了逆压电效应，将电压转变为声压，并向人体发射。 压电效应是可逆的，压电材料既具有正压电效应，又具有逆压电效应。医学超声设备中，常采用同一压电换能器作为发射和接收探头，但发射与接收必须分时工作。 当外加的交变电压的频率与固有频率一致时，产生的机械振动最强；当外加的机械力的频率与固有频率一致时，所产生的电荷也最多。在超声波诊断仪中激励脉冲的频率必须与探头的固有频率相同。 实验证明，当所施加力或电的频率不与晶体固有频率一致时，压电换能器晶体产生的电信号幅度和变形振动幅度都将变小，可见，它们都是频率的函数。 二、压电材料 具有压电效应的物质称为压电材料或压电元件。 目前已发现的压电材料品种繁多，性能各异，按系列可分为三大类。 （一）压电单晶体 超声换能器应用的天然单晶体有石英、电石等，人工制造的单晶体，如硫酸锂、鈮酸锂等，都具有同样的压电特性。 石英晶体的性能相当稳定，但需使用几千伏以上的高电压，而且要求加工精密度高，机电耦合系数（灵敏度）低，故目前医用诊断探头已很少使用。 （二）压电陶瓷 压电陶瓷品种最多，它是人工制成的压电多晶体材料，

超声波传感器的设计与应用

传感器课程设计 （2010级） 题目：超声波传感器的设计与应用

学员：xxx 学号：201003011020 学员：xxx 学号：201003011027 学员：xxx 学号：201003011003

xxx 二〇一三年九月

目录 ...............................................................................................................................................第一章超声波传感器简介..................................................................................... 1.1超声波传感器是什么 (2) 1.2超声波传感器应用前景 (2) 第二章超声波传感器设计 (3) 2.1 设计目标描述 (3) 2.2 设计指标 (3) 2.3 传感器结构概述 (4) 2.4 传感器设计原理 (4) 2.4.1 物理部分设计 (4) 2.4.2 电路部分设计 (7)

第三章硬件设计 (8) 3.1 单片机设计 (8) 3.2 传感器设计 (11) 3.3 单片机与传感器连接 (12) 第四章软件设计 (13) 4.1 总体设计思路 (13) 4.2 软件程序 (13) 第五章测试结果与分析 (21) 第六章结论 (22) 参考文献 (24)

第一章超声波传感器的设计 1.1超声波传感器是什么 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。 超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 1.2超声波传感器应用前景 随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。 在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所

超声波传感器原理

超声波传感器原理 [日期：2007-06-05]来源：作者：[字体：大中小]超声波发射原理是把铁磁材料置于交变磁场中，产生机械振动，发射出超声波。 接收原理是当超声波作用在磁致材料上时，使磁滞材料磁场变化，使线圈产生感应电势输出。 超声波传感器原理与应用 2008-04-1802:40

polaroid6500系列超声波距离模块的硬件电路如图2所示： tl851是一个经济的数字12步测距控制集成电路。内部有一个420khz的陶瓷晶振，6500系列超声波距离模块开始工作时，在发送的前16个周期，陶瓷晶振被8.5分频，形成49.4khz的超声波信号，然后通过三极管q1和变压器t1输送至超声波传感器。发送之后陶瓷晶振被4.5分频，以供单片机定时用。tl852是专门为接收超声波而设计的芯片。因为返回的超声波信号比较微弱，需要进行放大才能被单片机接收，tl852主要提供了放大电路，当tl852接收到4个脉冲信号时，就通过rec 给tl851发送高电平表明超声波已经接收。 2.3at89c51单片机 本系统采用at89c51来实现对polaroid600系列传感器和polaroid6500系列超声波距离模块的控制。单片机通过p1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测int0引脚，当int0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。超声波测距的硬件示意图如图3所示：

3、系统软件设计 系统程序流程图如图4所示： 工作时，微处理器at89c51先把p1.0置0，启动超声波传感器发射超声波，同时启动内部定时器t0开始计时。由于我们采用的超声波传感器是收发一体的，所以在发送完16个脉冲后超声波传感器还有余震，为了从返回信号识别消除超声波传感器的发送信号，要检测返回信号必须在启动发射信号后2.38ms才可以检测，这样就可以抑制输出得干扰。当超声波信号碰到障碍物时信号立刻返回，微处理器不停的扫描int0引脚，如果int0接收的信号由高电平变为低电平，此时表明信号已经返回，微处理器进入中断关闭定时器。再把定时器中的数据经过换算就可以得出超声

医学超声波第三章作业及答案

第三章1、换能器将一种形式的能量转换为一种形式。 2、超声探头（换能器）将电能转换为超声能，反之亦然。 3. 超声探头基于压电效应效应进行工作。 4. 当电压脉冲信号施加到探头上，就会产生超声脉冲，其频率和电压脉冲信号相同。 5. 压电振子的共振频率取决于厚度。 6. 当探头压电振子的厚度增加时，其工作频率下降。 7. 吸声块可以减小脉冲的循环次数次数，从而提高轴向分辨率和带宽。 8. 某一探头的压电振子，若厚度为0.4mm时的工作频率为5MHz，当工作频率为10MHz时，厚度为 0.2 mm。 9. 下列哪个频率的探头其压电振子最薄？E A．2MHz B. 3MHz C .5MHz D.7MHz E. 10MHz 10. 探头表面的匹配层可减小由于阻抗差异导致的反射。 11. 皮肤表面的耦合剂用于消除空气（层）引起的反射。 12. 吸声块使得脉冲宽度加宽。对还是错？错。13. 吸声块提高效率。对还是错？错。 14. 吸声块位于压电振子的前面还是背面？背面。 15. 匹配层位于压电振子的前面还是背面？前面。 16. 匹配层的阻抗为 B 。A．和压电材料相同 B. 介于压电材料和软组织的阻抗之间 C. 小于软组织的阻抗 D. 等于软组织的阻抗 17. 若探头可工作于多个频率，则要求探头具有宽带宽。 18. 工作频率为5MHz，带宽为1MHz的探头可工作于6MHz。对还是错？错。 19. 工作频率为5MHz，带宽为2.5MHz的探头可工作于3MHz和7MHz。对还是错？错。 20. 声束可分

为两个区域，即近场和远场。 21. 近场长度随着孔径和频率的增加而增加。 22. 下列哪个探头的近场最长？C 。A．6mm,5MHz B. 6mm, 7MHz C. 8mm,7MHz 23. 一般认为，可在近场内聚焦。下列哪个探头可在6cm处聚焦？ C 。A．5MHz，NZL为5cm B. 4MHz，NZL为6cm C. 4MHz， NZL为10cm D. B 和C E.以上都不是 24. 超声可通过下列哪种方式聚焦？ D 。A．凸阵 B. 透镜 C. 相控阵 D. 不止一种 25 在任何深度，聚焦均可以减小声束。对或错？错。 26. 电压脉冲按顺序激励组合阵元，是属于哪种探头的扫描方式？AC 。（多选题）A．线阵 B. 相控阵 C. 凸阵 27. 电压脉冲激励所有或大部分阵元，是属于哪种探头的扫描方式？ B 。A．线阵 B. 相控阵 C. 凸阵 28. 若相控阵阵元的激励顺序是从左往右，则声束 B 。A．向左 B. 向右 C. 聚焦 29. 阵列探头有哪三种扫描方式（按操作方式）？ B 、 C 、 D 。A．线性扫描 B. 相控扫描 C. 顺序扫描 D. 矢量扫描 30. 阵列探头外层阵元和内层阵元的激励信号的延迟时间间隔越小，则发射的超声脉冲的曲率减小，焦点更深（更远）。31. 在凸阵探头和矢阵探头中，超声脉冲的方向不同且来自不同的起点（源自探头表面）32. 轴向分辨率AR的值越小越好。对或错？对。 33. 软组织中，波长为1mm, 循环次数为3的超声脉冲的轴向分辨率为 1.5mm 。 34. 软组织中，频率为3MHz, 循环次数为4的超声脉冲的轴向分辨率为

超声波传感器及应用

超声波传感器及应用 我要打印我要留言查看留言 来自：转载 原理简述： 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的， 它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。 超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标 包括； （1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端 的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。 （2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用 超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不产生失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。 （3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。 结构与工作原理

第七章超声波传感器

第七章超声波传感器

图7-5超声波探头结构示意图 a）单晶直探头b）双晶直探头c）斜探头 1－接插件2－外壳3－阻尼吸收块4－引线5－压电晶体6－保护膜7－隔离层8－延迟块9－有机玻璃斜楔块10－试件11－耦合剂 一、以固体为传导介质的超声探头 ）单晶直探头 分析发射和接收过程：

图7-6空气传导型超声发生、接收器结构 a）超声发射器b）超声接收器 2－金属丝网罩3－锥形共振盘4－压电晶片5－引脚6－阻抗匹配器7－超声波束 三、耦合剂 用途：1.防磨损；2.必须将接触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测介质中。 常用的耦合剂：水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。 分析各种场合，使用不同的耦合剂。 ）大面积钢板探伤时，耦合剂应选______为宜；机床床身探伤时，耦合剂应选______为宜；给B超时，耦合剂应选______。 ．自来水B．机油C．液体石蜡D．化学浆糊 第三节超声波传感器的应用 ．超声波测厚 测量试件厚度的方法：电感测微器（分辨力可达0.5μm）、电涡流测厚仪（只能测以内的金属厚度）、数显电容式游标卡尺（分辨力可达10μm）。 超声测厚仪特点：量程范围大、无损、便携等。 缺点：测量精度与温度及材料的材质有关。 在电路上只要在从发射到接收这段时间内使计数电路计数，便可达到数字显示之 1 2ct δ=．超声波测量液位和物位

图7-12A型超声波探伤仪外形 a）台式A型探伤仪b）便携式A型探伤仪 1－电缆插头座2－工作方式选择3－衰减细调4－衰减粗调5－发射波T 6－第一次底反射波B17－第二次底反射波B28－第五次底反射波B59－扫描时间调节10－扫描时间微调11－脉冲X轴移位12－报警扬声器13－直探头 （一）纵波探伤的方法 测试前，先将探头插入探伤仪的连接插座上。探伤仪面板上有一个荧光屏，通过荧光屏可知工件中是否存在缺陷、缺陷大小及缺陷位置。工作时探头放于被测工件上，并在工件上来回移动进行检测。探头发出的超声波，以一定速度向工件内部传播，如工件中没有缺陷，则超声波传到工件底部便产生反射，反射波到达表面后再次向下反射，周而复始，在荧光屏上出现始脉冲T和一系列底脉冲B、B、B、…（见图7-12）

第七章超声波传感器第二讲及习题课

教师授课方案（首页）授课班级09D电气1、电气2 授课日期 课节 2 课堂类型讲授习题课课题第七章超声波传感器 教学目的与要求【知识目标】 1、掌握纵波探伤 2、阶段小结 3、习题 【能力目标】培养学生理论分析及理论联系实际的能力。【职业目标】培养学生爱岗敬业的情感目标。 重点难点重点：纵波探伤 难点：纵波探伤的波形及计算 教具教学辅助活动教具：多媒体课件、习题册 教学辅助活动：提问、学生讨论 一节教学过程安排复习 1、超声波的传播方式及特性； 2、超声波探头及耦合方式的种类； 3、超声波测流量的两种方法 4、多普勒效应 5分钟讲课 1、超声波探伤 2、阶段小结 3、习题 73分钟小结 小结见内页，之后利用10分钟时间与学生互 动答疑 10分钟作业习题册第七章超声波传感器习题2分钟 任课教师：叶睿2011年1月28日审查教师签字：年月日

教案附页【复习提问】 上节课知识点： 1、超声波的传播方式及特性； 2、超声波探头及耦合方式的种类； 3、超声波测流量的两种方法 4、多普勒效应 第七章超声波传感器 第四节超声波无损探伤 【本节内容设计】 通过课件与教师讲授超声波的A、B、C型探伤，掌握A型纵波探伤的测试方法并会读超声波探伤波形并计算。 【授课内容】 一、无损探伤的基本概念 1、材料的缺陷 气孔、加渣、裂纹、焊缝 2、无损检测的方法： 对铁磁材料，可采用磁粉检测法；对导电材料，可用电涡流法；对非导电材料还可以用荧光染色渗透法。以上几种方法只能检测材料表面及接近表面的缺陷。 采用放射线（X光、中子、δ射线）照相检测法可以检测材料内部的缺陷，但对人体有较大的危险，且设备复杂，不利于现场检测。 除此之外，还有红外、激光、声发射、微波、计算机断层成像技术（CT）探伤等。 超声波检测和探伤是目前应用十分广泛的无损探伤手段。 特点：既可检测材料表面的缺陷，又可检测内部几米深的缺陷，这是X光探伤所达不到的深度。 3、超声探伤分类：A、B、C等几种类型。 （1）A型超声探伤A型探伤的结果以二维坐标图形式给出。它的横坐标为时间轴，纵坐标为反射波强度。可以从二维坐标图上分析出缺陷的深度、大致尺寸，但较难识别缺陷的性质、类型。 （2）B型超声探伤B型超声探伤的原理类似于医学上的B超。它将探头的扫描距离作为横坐标，探伤深度作为纵坐标，以屏幕的辉度（亮度）来反映反射波的强度。它可以绘制被测材料的纵截面图形。探头的扫描可以是机械式的，更多的是用计算机来控制一组发射晶片阵列（线阵）来完成与机械式移动探头相似的扫描动作，但扫描速度

超声波传感器的原理及应用前景展望

超声波传感器的原理及应用前景展望 一、原理简述： 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。 超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标，包括； （1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。

（2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不产生失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。 （3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。 二、结构与工作原理 超声波距离传感器可以广泛应用在物位（液位）监测，机器人防撞，各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域，工作可靠，安装方便，防水型，发射夹角较小，灵敏度高，方便与工业显示仪表连接，也提供发射夹角较大的探头。 1、超声波测距仪： HpAWK超高能声波测距技术HpAWK系列产品使超声波测距技术有了重大的突破，它不仅拓宽了超声波测距技术的应用场合（适用极恶劣工的工作环境），而且使用智能调节技术，大大提高了超声波产品的可靠性及性能指标，让用户使用无后顾之忧。。 优秀的回波处理技术，5－50KHZ的超高强发波频率使HAWK物位计最大量程可达到0米，适用介质温度为–20℃— +175℃。智能的全自动调节发波频率，自动的温差补偿功能使其工作更加稳定可靠。HpAWK系列产品还拥有灵活多变的工作方式（供电电源可为VDC、24VDC、110VAC、220VAC;二/三/四线制同一仪表中可随意组合。它还拥有先进的远程GSM、CDMA、互联网调试功能，使得用户随时可以得到技术支持。

超声波传感器的原理及应用

超声波传感器的原理及应用 超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。 超声波传感器的组成超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。 性能指标超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：1、工作频率工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。2、工作温度由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。3、灵敏度主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。

第七章 超声波传感器

第七章超声波传感器 一、填空题 1）超声波的频率大于 KHz。 2）超声波从水中向空气传播，在交界面其能量反射率较。 二、单项选择题 1）人讲话时，声音从口腔沿水平方向向前方传播，则沿传播方向的空气分子______。 A. 从口腔附近通过振动，移动到听者的耳朵 B. 在原来的平衡位置前后振动而产生横波 C. 在原来的平衡位置上下振动而产生横波 D.在原来的平衡位置前后振动而产生纵波 2）一束频率为1MHz的超声波（纵波）在钢板中传播时，它的波长约为_____，声速约为______。 A. 5.9m B. 340m C. 5.9mm D. 1.2mm E.5.9km/s F.340m/s 3）超声波频率越高，______。 A. 波长越短，指向角越小，方向性越好 B. 波长越长，指向角越大，方向性越好 C. 波长越短，指向角越大，方向性越好 D. 波长越短，指向角越小，方向性越差 4）超声波在有机玻璃中的声速比在水中的声速______，比在钢中的声速_____。 A. 大 B. 小 C. 相等 5）超声波从水（密度小的介质），以45 倾斜角入射到钢（密度大的介质）中时，折射角______于入射角。 A. 大于 B. 小于 C. 等于 三、分析问答 1、超声波传感器的发射探头和接收探头各自的工作原理分别是基于那些电学效应？ 2、什么是耦合剂？其在超声波传感器的工作过程中起到的作用是什么？ 四、计算题 用超声波传感器对一器件进行探伤，采用如图所示的反射法，探头包括发射、接收两部分，已知t d1=3.0×10uS,t d 2=2×10uS，t f =1.2×10uS，h=3.2cm。问： 1）b)、c)两图中哪一个是对应此种情形的荧光屏所示信号波形？ 2）其中各脉冲电压各对应什么信号？ 3）由荧光屏上的结果可知此器件中的缺陷在何位置？

超声波传感器概述

超 声 波 传 感 器 概 述 姓名：韩旭 学号：131221047 班级：13级电气（三）班

摘要：人能听见声音的频率为20HZ-20KHZ，即为可听声波，20HZ以下的声音称为次声波，超出20KHZ以上的声波为超声波。超声技术是通过超声波产生、传输及接收的物理过程完成的。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。该技术在国民经济中，对提高产品质量，保障生产和设备安全运作，降低生产成本，提高生产效率具有潜在能力。因此，我国对超声技术和超声波传感器的研究十分活跃。 参考文献：①《现代传感技术与系统》林玉池、曾周末主编---北京：机械工业出版社2009.6 I版 ②《工业常用传感器选型指南》曲波、肖胜兵、吕建平编著—北京：清华大学出版社.I版 ③《生物医学传感技术》（加拿大）Iniewski等著：陈星、刘清君、王平译—北京：机械工业出版社.2014.9

一、声波的多普勒效应 当声波和观察者（或声波接收器）在连续介质中相对运动是观察者接收到声波频率与声源发生的频率不同，两者靠近时频率升高，远离时频率降低，这种现象称为声音的多普勒效应。 当声源和观测者分别以速度Vs和Vo运动时，并且运动方向在同一条直线上，则观察者接收到的声波频率为f为. f=(V±Vo/-V±Vs)*f1 式中，f1为声源振动频率；V为介质中的声速；当观察者向着声源运动时，V o取“+”，反之取“—”；声源向着观察者运动时，Vs取“—”，反之取“+”。 利用声波的多普勒效应可以制成超声波传感器，用以检查人体活动器官（如心脏，血管）的活动等。 二、超声波与超声波传感器 2.1超声波的特性 超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。超声波因其频率下限大于人的听觉上限而得名。 科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹(Hz)。我们人类耳朵能听到的声波频率为20Hz-20000Hz。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1兆赫兹-30兆赫兹。

超声波传感器应用

自动检测与转换技术 项目名称：超声波传感器的应用 专业：电子信息工程技术 班级：信息3091 姓名：李龙 授课老师：张玲娜

科技进步使得今天的超声波传感器坚固耐用并有着精确的感应能力，这些新技术使得超声波传感器可以更加简单、灵活，性价比更高。这些新增的特性拓展了一个新的应用领域，完全超越了传统的超声波传感器的应用。现在的超声波传感器提供给了机械设计师，在工业领域发现了一个新的、极具创造性的解决方案。 数年前在传感器技术领域，超声波传感器一直是备用的选择，设计师只有在其他的传感技术无法工作的时候才会选择超声波技术，一般发生在检测透明物体，长距离的感应或者是当目标颜色改变时的才会采用这种技术。 新技术的应用使得今天的超声波传感器能经受得住恶劣环境的考验，比如有IP67和IP69K防护等级的超声波传感器可以应用于潮湿的环境中；传感器内建温度补偿电路，在正常或者变化的操作状态时，当有明显的温度变化，由温度补偿电路进行校对；Teflon型号的超声波传感器的表面有一种特殊涂层可以用来抵御有害化学物质的侵蚀；先进的过滤电路可以让超声波传感器屏蔽现场干扰；新型传感器感应头有着更强的自我保护能力，可以抵御物质损害，适应比较脏乱的环境等。 一．超声波传感器的易用性 新一代超声波传感器的一个显著特性就是使用更加简单，这包括了按钮的设置、DIP开关编程和一些多重程序的选择。 其开关按钮完全内嵌于传感器装置中，这使得调整安装传感器距离的远近非常容易，把目标物放在传感器前再按下按钮是一件很简单的事情。这种传感器可以自动掌握窗口的大小和距离的远近。方便安装意味着同样的传感器可以适应很多不同的应用。 DIP开关的编程方式意味着可以为某些特殊的应用而定制一个简单的传感器，这些个性化的特性包括响应时间、输出类型、开关量和模拟量选择以及用于物位/液位控制的特别设定。 超声波传感器一般在单个传感器中都包含多种输出类型，具有两路开关量输出型号可以用一个传感器同时感应两个不同距离的物体，而同时拥有一路开关量输出和一路模拟量输出的型号的传感器即可用于测量有提供警报输出。 以上这些特性使得超声波传感器与其他技术的传感器相比，使用更加灵活，更具选择性。二．使用超声波传感器的基本原则 超声波传感器是利用传感器头部的压振陶瓷的振动，产生高频的人耳听不见的声波来进行感应的，如果这声波碰到了某个物体，传感器就能接收到返回波。传感器通过声波的波长和发射声波以及接收到返回声波的时间差就能确定物体的距离。比较具有代表性的，一个传感器可以通过按钮的设定来拥有近距离和远距离两种设定，无论物体在那一种界限里，传感器都可以检测到。例如：超声波传感器可以安装在一个装液体的池子上，或者是一个装小球的箱子上，向这个容器发出声波，通过接收到返回波的时间长短就能确定这个容器是满的、空的或者是部分满的。 超声波传感器还有使用的是独立的发射器和接收器的型号，当检测缓慢移动的物体或者在潮湿环境中应用时，这种对射示的超声波传感器就非常适用。在检测透明物体、液体，检测光滑、粗糙、有光泽的半透明材料等物体表面，以及检测不规则物体时，超声波传感器都是首选。超声波传感器不适用的情况有：户外、极热的环境、有压力的容器内及有泡沫的物体。 三．超声波传感器选型要点 1. 范围和尺寸