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检测与传感第十章
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6. 色敏传感器工作原理和测量步骤
不同的结深区域对不同波长的光具有不同的灵敏度来识别入射光的波长（颜色）的。
Step1: 对该色敏器件进行标定
Step的薄片加以隔离，使超声波的发射和接收互不干扰。
双晶探头的结构虽然复杂些，检测精度比单晶直探头高，且超声波信号的反射和接收的控制电路较单晶直探头简单。
与单晶直探头对比：
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各种双晶直探头
直径范围：5~40mm
频率范围：~5MHz
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压电晶片粘贴在与底面成一定角度（如30、45等）的有机玻璃斜楔块上，当斜楔块与不同材料的被测介质（试件）接触时，超声波将产生一定角度的折射，倾斜入射到试件中去，可产生多次反射，而传播到较远处去。
底部耐磨材料
接插件
（5）斜探头
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各种接触式斜探头
常用频率范围：1~5MHz
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（6）聚焦探头
（7）箔式探头
利用压电材料聚偏二***乙烯（PVDF）高分子薄膜，制作出的薄膜式探头称为箔式探头，，用在医用CT诊断仪器上可以获得很高清晰度的图像。
聚焦探头可以分辨试件中细小的缺陷，是一种很有发展前途的新型探头。
利用类似光学反射镜的原理制作声凹面镜来聚焦超声波。
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（8）空气传导型探头
空气传导型超声探头的发射换能器和接收换能器一般是分开设置的，对两者的技术要求不同：
发射器的发射效率高，方向性好；
接收器需要接收效率高，抗噪性能好。
空气传导的超声发射器和接收器的有效工作范围可达几米至几十米。
空气超声探头外形
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【注】超声波探头耦合剂
一般不能直接将超声波传感器放在被测介质（特别是粗糙金属）表面来回移动，以防磨损。
空气的密度很小，将引起3个界面间强烈的杂乱反射波，造成干扰，而且空气也将对超声波造成很大的衰减。
常用的耦合剂有水、机油、甘油、羧***纤维素钠、水玻璃、胶水、化学浆糊等。耦合剂的厚度应尽量薄一些，以减小耦合损耗。
耦合剂
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超声波传感器应用
（2）分类
根据发射和接收换能器的功能，传感器又可分为单换能器和双换能器：
单换能器的传感器发射和接收超声波使用同一个换能器；
双换能器的传感器发射和接收各由一个换能器担任。
1 超声波物位传感器
（1）原理
利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性。
如果从发射超声脉冲开始，到接收换能器接收到反射波为止的这个时间间隔为已知，就可以求出分界面的位置，利用这种方法可以对物位进行测量。
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左图给出了几种超声物位传感器的结构示意图。超声波发射和接收换能器可设置在液体介质中，让超声波在液体介质中传播，如图（a）所示。
几种超声物位传感器的结构原理示意图
(a) 超声波在液体中传播； (b) 超声波在空气中传播
超声波发射和接收换能器也可以安装在液面的上方，让超声波在空气中传播，如图（b）所示。这种方式便于安装和维修。
超声波在空气中的衰减比液体中严重
（超声波在空气中的衰减系数大）
eg：频率为106Hz的超声波在离开声源以后，在空气中经过0. 5m距离，其强度就要减弱一半；在水中传播，要经过500m的距离后才使强度减弱一半。
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对于单换能器来说，超声波从发射器到液面，又从液面反射到换能器的时间为
则
h——换能器距液面的距离； c——超声波在介质中传播的速度
对于双换能器，超声波从发射到接收经过的路程为2s，而
因此液位高度为
S——超声波从反射点到换能器的距离；a——两探头间距离的一半
只要测得超声波脉冲从发射到接收的时间间隔，便可求得待测的物位
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精度高，使用寿命长；
受液体中气泡或液面波动影响严重
（一般下，测量误差为±%，检测物位的范围为10-2~104m）
超声波物位传感器的特点：
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2 超声波流量传感器
超声波流量传感器的测定方法有很多，最常用的是传播时间差法。
原理：由于超声波在流体中传播时，在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的，利用这一特点可以求出流体的速度，再根据管道流体的截面积，便可知道流体的流量。
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F1发射的超声波到达 F2的时间较短
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发射、接收探头安装在管道同一侧
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