文档介绍：本科毕业设计(论文)
读书报告(读书笔记)
学院: 机械与控制工程学院
课题名称: 超声波测距系统
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读书笔记一:
读文献《超声波传感器介绍》:
[1] 曾光宇,杨湖,李博,王浩全,等现代传感器技术与应用基础[M] 北京理工大学出版社,2006(8):12-15
声波是一种机械波,是机械振动在介质中得传播过程。频率在16—20000Hz之间,能为人耳听闻的机械波,称为可闻声波;低于16Hz的机械波,称为次声波;高于20000Hz的机械波,称为超声波。超声波是一门学科,已有几十年的历史,其应用范围很广,超声波不仅用来测量各种参数,而且广泛应用于加工和处理技术。
超声波具有以下几种基本性质。
传播速度:超声波与其他声波一样,可以在气体、液体及固体中传播,并有各自的传播速度。一方面,声速与介质有关。例如,在常温下空气中的声速约为344m/s,在水中的声速约为1440 m/s,在钢铁中约为5000 m/s。另一方面,声速还与介质所处的状态(如温度)有关,对于空气来说,影响声速的主要因素是温度,其关系式为v= T。而在许多固体和液体中的声速一般随着温度的增高而降低。
反射与折射现象:当声波从一种介质传播到另一种介质时,由于两种介质密度不同,所以声波在这两种介质中的传播速度也不同,且在分界面上声波会发生反射和折射现象。当超声波从液体或固体垂直入射到气体时,或相反情况,反射系数接近1,也就是说超声波几乎全部被反射。超声波测物位就是利用超声波的这种特性。
超声波在介质中传播时,由于介质吸收能量而使超声波的强度衰减。若超声波进入介质时强度为,通过介质后的强度为,在它们之间的关系式为: ,其中,d为介质的厚度;A为介质对超声波能量的吸收系数。超声波衰减的程度与介质及超声波的频率有关系。气体对超声波吸收最强而衰减最大,液体次之,固体吸收最小而衰减最小。因此,对于一定强度的超声波,在气体中传播的距离会明显比液体和固体中传播的距离短。而且频率越高,衰减越大,因此超声波比其他声波在传播时的衰减更明显,总之,超声波具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定传播等特点。
以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。能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,或者超生探头。
超声波探头主要由压电晶体组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。其接收和发射是根据压电效应和逆压效应实现的。具有压电效应的压电晶体受到声波声压作用时,产生电荷,即将超声波转换成电能;反之,如果将交变电压加在晶体两端面的电极上,沿着晶体厚度方向将产生与所加交变电压同频率的机械振动,并向外发射超声波,实现了电能与超声波的转换。
超生探头有许多不同的结构,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)。
超生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。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:
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。
工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高,特别是诊断用的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败。医疗用的超生探头的温度比较高,需要单独的制冷设备。
灵敏度。主要取决于制造的晶片本身。机电耦合系数大,灵敏度高;反之,灵敏度低。
通过读此书的章节,简单的了解了一些关于超声波的物理性质和超声波的类型、工作方式等。为我挑选超声波探头时候做参考,由于我是定向做测距仪,我选用了压电式超声双探头外形如图1。
图1
读书笔记二:
读文献《超声波传感器广泛应用》:
[2] 张洪润,张亚凡,邓洪敏,等传感器原理及应用[M] 清华大学出版社,2008(6):35-37
从超声波的行进方向来看,可分为两种基本类型:投射型和反射型。投射型超声波发射器与接收器分别置于被测物两侧,此种类型可以用于遥控器,防盗报警器、接近开关等。反射型的发射器与接收器置于被测物的同一侧,可用于接近开关、测距、测厚、液位和料位测量、金属探伤等。超声波检测广泛用在工业、国防、生物医学等方面。
超声波测距的原理是:超声波发射器发射超声波,通过被测物体的反射,接收器接收回波,从发射到接收的时差来测量被测距离,是一种非接触式测量。
测定物位距离时不接触被测物体,无活动部分,安装调式简单,维修保养方便,测量精度高