传感器论文

2存档资料成绩：华东交通大学理工学院传感器原理及其运用论文所属课程名称传感器原理及其运用题目超声波传感器分院电信分院专业班级11通信工程学号201102104204203学生姓名倪昕君指导教师谭尾琴2011年5月10日1摘要本文是论述超声波传感，基本组成和一些运用。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是指频率高于20kHz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。关键词：超声波、传感器、频率、运用。2ABSTRACTThisarticleisadiscussionofultrasonicsensing,basiccomponents,andsomeuse.Ultrasonicsensorsuseultrasoniccharacteristicsaredevelopedfromthesensor.Higheristhefrequencyofultrasonicmechanicalwaveof20kHz,thewaferbyatransducerexcitationvoltageoccursinvibration,ithasahighfrequency,thewavelengthofthesmalldiffractionphenomenon,especiallygooddirectionalraystobecomeorienteddisseminationcharacteristics.Ultrasonicliquid,solidabilitytopenetratelarge,especiallyinthesunshineopaquesolids,whichcanpenetratethedepthsoftensofmeters.Ultrasonicencounterimpuritiesorinterfacewillproducesignificantreflexreflectorformedintoecho,hitmovingobjectscanproducetheDopplereffect.Therefore,ultrasonictestingiswidelyusedinindustrial,defense,biomedicalandsoon.Keywords:ultrasonic,sensors,frequency,application3目录中文摘要……………………………………………………………………………………1英文摘要……………………………………………………………………………………2目录……………………………………………………………………………………3目录……………………………………………………………………………………41组成部分………………………………………………………………………………………52性能指标……………………………………………………………………62.1简介…………………………………………………………………………………………62.2工作频率…………………………………………………………………………………62.3工作温度…………………………………………………………………………………62.4灵敏度……………………………………………………………………………………62.5指向性……………………………………………………………………………………63主要运用……………………………………………………………………………73.1主要运用…………………………………………………………………………………73.2超声波距离传感器的技术运用………………………………………………………74工作原理………………………………………………………………………………………84.1基本原理………………………………………………………………………………84.2工作程式………………………………………………………………………………94.3系统构成………………………………………………………………………………95工作模式……………………………………………………………………………………105.1简介………………………………………………………………………………………105.2检测模式………………………………………………………………………………105.3检测范围………………………………………………………………………………105.4调节………………………………………………………………………………………105.4.1重复精度……………………………………………………………………………105.5输出功能………………………………………………………………………………115.6噪声抑制………………………………………………………………………………115.7同步功能………………………………………………………………………………115.8交替工作………………………………………………………………………………115.9检测条件………………………………………………………………………………115.10盲区……………………………………………………………………………………125.11温湿度………………………………………………………………………………1245.12空气压力………………………………………………………………………………125.13气流……………………………………………………………………………………125.14检测标准物…………………………………………………………………………125.15防护等级………………………………………………………………………………125.16泵功能………………………………………………………………………………126检测及暴露的问题……………………………………………………………………146.1检测好坏………………………………………………………………………………146.2液位测试………………………………………………………………………………146.3注意事项………………………………………………………………………………146.4暴露问题………………………………………………………………………………156.4.1反射问题……………………………………………………………………………156.5噪音………………………………………………………………………………………156.6交叉问题………………………………………………………………………………156.7具体运用………………………………………………………………………………156.8暴露问题………………………………………………………………………………166.8.1反射问题……………………………………………………………………………166.9噪音………………………………………………………………………………………166.10交叉问题………………………………………………………………………………177结论…………………………………………………………………………………………188参考文献…………………………………………………………………………………1951组成部分1.1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。62性能指标2．1简介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2．2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。2．3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。超声波传感器2．4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。2．5指向性超声波传感器探测的范围73主要运用3.1主要运用超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一种所谓的A型方法。这个方法是利用超声波的反射。当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。超声波传感器3.2超声波距离传感器的技术运用超声波对液体、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。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。84工作原理4.1基本原理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）及纵向振荡（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，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。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。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为23-25KHZ及40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示发送，R表示接收，40表示频率为40KHZ，16及12表示其外径尺寸，以毫米计）。另有一种密封式超声波传感器（MA40EI型）。它的特点是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近开关用，它的性能较好。超声波应用有