超聲波傳感器主講教師：《無人機傳感器技術》超聲波及其物理性質1探頭及耦合技術2目錄01超聲波及其物理性質超聲波及其物理性質1.1超聲波的基本概念（1）聲波頻率范圍

次聲波是頻率低于20Hz的聲波，人耳聽不到，但可與人體器官發生共振，8Hz左右的次聲波會引起人的恐怖感，動作不協調，甚至導致心臟停止跳動。次聲波超聲波及其物理性質1.1超聲波的基本概念（1）聲波頻率范圍頻率介于20Hz~20kHz的是可聞聲波?？陕劼暡ǔ暡捌湮锢硇再|1.1超聲波的基本概念（1）聲波頻率范圍超聲波是頻率高于20kHz的機械振動波。超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，反射能力越強。超聲波超聲波及其物理性質1.1超聲波的基本概念（2）探頭超聲波及其物理性質1.1超聲波的基本概念縱波質點振動方向與波的傳播方向一致的波?？僧a生在氣態、液態和固態的各種介質中。（3）超聲波的傳播方式超聲波及其物理性質1.1超聲波的基本概念橫波質點振動方向垂直于傳播方向的波。只存在于固態的介質中。（3）超聲波的傳播方式超聲波及其物理性質1.1超聲波的基本概念表面波一種前進的重力波，質點在固體表面平衡位置附近作橢圓軌跡振動，介于橫波與縱波之間，沿著表面傳播的波。（3）超聲波的傳播方式超聲波及其物理性質1.2超聲波的傳播速度超聲波的傳播速度是指超聲波在單位時間內傳播的距離。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，并有各自的傳播速度，傳播速度取決于介質的彈性常數及介質的密度。超聲波及其物理性質1.3超聲波的特點超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，反射能力越強。它的指向性很好，能量集中，穿透性強，能穿透幾米厚的鋼板，而能量損失不大。超聲波及其物理性質1.4超聲效應（1）機械效應超聲波的機械效應可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。超聲波振動可引起組織細胞內物質運動，由于超聲的細微按摩，使細胞漿流動、細胞震蕩、旋轉、摩擦、從而產生細胞按摩的作用，使細胞內部結構發生變化，導致細胞的功能變化，使堅硬的結締組織延伸，松軟。超聲波及其物理性質1.4超聲效應（2）空化效應超聲空化就是指液體中的微小氣泡核在超聲波作用下產生振動，當聲壓達到一定值時，氣泡迅速膨脹，然后突然閉合，液體中形成的微小氣泡被壓碎。超聲波及其物理性質1.4超聲效應（2）空化效應每個氣泡的破裂會產生能量極大的沖擊波，相當于瞬間產生幾百度的高溫和高達上千個大氣壓的壓力，這種現象被稱之為“空化作用”，超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產生的沖擊波來達到清洗和沖刷工件內外表面的作用。超聲清洗多用于半導體、機械、玻璃、醫療儀器等行業。超聲波及其物理性質1.4超聲效應（3）熱效應由于超聲波頻率高，能量大，被介質吸收時能產生顯著的熱效應。超聲波及其物理性質1.4超聲效應（4）化學效應超聲波可促使發生或加速某些化學反應。比如：純的蒸餾水經超聲處理后產生過氧化氫，溶有氮氣的水經超聲處理后產生亞硝酸等。這些現象的發生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學物質的水解、分解和聚合過程，對光化學和電化學過程也有明顯影響。探頭及耦合技術02探頭及耦合技術2.1超聲波測距原理超聲探頭發射超聲脈沖，到達被測物時，被反射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測出從發射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時間t，再乘以空氣的聲速（340m/s），就是超聲脈沖在被測距離所經歷的路程，除以2就得到距離。探頭及耦合技術2.2超聲波探頭

將數百伏的超聲電脈沖加到壓電晶片上，利用逆壓電效應，使晶片發射出持續時間很短的超聲振動波。當超聲波經被測物反射回到壓電晶片時，利用壓電效應，將機械振動波轉換成同頻率的交變電荷和電壓。探頭及耦合技術2.2超聲波探頭a）單晶直探頭b）雙晶直探頭c）斜探頭1-插件2-外殼3-阻尼吸收快4-引線5-壓電晶體6-保護膜8-延遲塊7-隔離層9-有機玻璃斜楔塊10-試件11-耦合劑探頭及耦合技術2.2超聲波探頭常用頻率范圍：2.5至5MHz常用頻率范圍：1至5MHz雙晶直探頭接觸式斜探頭探頭及耦合技術2.2超聲波探頭

水浸探頭（可用自來水作為耦合劑），可選擇聲透鏡形狀，可決定聚焦形式為點聚焦或線聚焦。探頭及耦合技術2.3耦合劑超聲波探頭不能直接在被測物表面摩擦，必須在探頭和被測物表面之間加入耦合劑。探頭及耦合技術2.3耦合劑常用的耦合劑有自來水、機油、甘油、膠水、化學漿糊等。探頭及耦合技術2.4空氣耦合超聲探測將工件放置在兩探頭中間，探頭對稱放置在工件兩側，保證超聲波垂直入射到工件中