超声波传感器应用与物理基础

"超声波的折射定律-自动检测技术及应用（第2版）课件 （第七章 超声波传感器）" 超声波在自动化检测技术领域扮演着重要角色，尤其在传感器设计和应用中。本章深入探讨了超声波的基础知识，包括其物理特性、换能器的工作原理以及在无损探伤和清洗技术中的应用。 首先，超声波的折射定律是理解超声波传播的关键。这个定律表明，入射角α与折射角β之间的正弦比例等于超声波在两种不同介质中的声速比。具体公式为sinα/sinβ = c1 / cs，其中c1和cs分别代表介质1和介质2中的声速。这个定律解释了当超声波从一种介质传入另一种介质时，角度变化的原因。如果折射角大于入射角，这意味着第二介质的声速大于第一介质，这通常与介质的密度有关。 接着，超声波被分为三个类别：次声波（低于20Hz）、可闻声波（20Hz至20kHz）和超声波（高于20kHz）。超声波具有良好的指向性和能量集中性，使得它在各种应用中表现出独特的优势。例如，蝙蝠就是通过发射和接收超声波进行导航和定位。此外，超声波在工业中被用于清洗、焊接和医学成像，如B超检查。 超声波换能器是将电能转化为超声波的关键设备，通常采用压电陶瓷或磁致伸缩材料制成。它们在高电压窄脉冲作用下，能够产生大功率的超声波，这些波可以被聚焦，提高能量效率。超声波传感器的应用广泛，包括无损探伤，它能检测材料内部的缺陷，而不会损坏材料表面。在清洗技术中，超声波产生的“空化作用”能够有效清除物体表面难以触及的污垢。 最后，超声波在医学、半导体制造、精密仪器清洁等领域有着广泛的应用。例如，超声波清洗器利用空化作用产生冲击波，对工件进行深度清洁。而超声波探鱼器则是利用超声波的反射原理探测水下鱼群的位置。 超声波的物理基础及其在传感器中的应用是现代检测技术的重要组成部分，它们在各行各业中发挥着不可替代的作用。