技能训练六 超声波传感器
二、思考题
1．填空题
（1）超声波的振动频率高于___20kHz________时，人耳是__听不到的_______。 （2）超声波在均匀介质中按 直线 方向传播，但到达界面或者遇到另一种介质时，也像光波一样产生反射和折射。超声波的发射，依据压电晶体的__逆压电效应_______效应；超声波的接收，依据压电晶体的___压电______效应。
（3）超声波探头是实现__机械_______能和____电_____能相互转换的一种换能元器件。按其不同的结构可分为__直_______探头、______斜___探头、双探头和____聚焦_____探头等。 （4）超声波有 反射 、 折射 和 直线传播 以及 衰减 的特性。 （5）超声波发射探头所反映的是 逆压电 效应，是一种 电 能转换为 机械 能的能量装置；超声波接收探头所反映的是 压电 效应，是一种 机械 能转换为 电 能的能量装置。
（6）超声波传感器对物位的测量是根据超声波在两个分界面上的 反射 特性而进行的。
2．选择题 （1）单晶直探头发射超声波时是利用压电晶体的 b ，而接收超声波时是利用压电晶体的 a ，发射在 d ，接收在 e 。
a．压电效应 b．逆压电效应 c．电涡流效应 d．先 e．后 f．同时
（2）在超声波探伤仪探伤中，F波幅度较高，与T波的距离较接近，说明（ a ）。
a．缺陷的横截面积较大，且较接近探测表面 b．缺陷的横截面积较大，且较接近底面 c．缺陷的横截面积较小，但较接近探测表面 d．缺陷的横截面积较小，但较接近底面 （3）超声波传感器属于（ b ）测量。
a．接触 b．非接触
（4）以下的 b 属于超声波测流量的方法。
a．时差法 b．频率差法 c．相位差法
（5）超声波单晶直探头传感器的测厚是利用超声波的（ c ）特性。
a．投射 b．折射 c．反射 d．衰减 3．问答题
（1）简述超声波传感器的发射和接收原理。
答：当从超声波发射探头输入频率为40kHz的脉冲电信号时，压电晶体因变形而产生振动，振动频率在20kHz以上，由此形成了超声波，该超声波经锥形共振盘共振放大后定向发
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传感器应用技能实训习题答案 人民邮电出版社
射出去；接收探头接收到发射的超声波信号后，促使压电晶片变形而产生电信号，通过放大器放大电信号。
（2）超声波液位计可分为哪几种安装方式？各有什么特点？ 答：一种是将超声波发射探头和接收探头安装在液罐的底部，超声波在液体中的衰减比较小，即使发生的超声波脉冲幅度较小也可以传播，另一种是将超声波发射探头和接收探头安装在液罐的上方，这种安装方式便于安装和维修，但超声波在空气中传播的衰减程度比较大。
（3）超声波有哪些特性？利用超声波传感器可以测量哪些物理量? 答：① 超声波的波形。
声源在介质中施力的方向与波在介质中传播的方向不同，声波的波形则不同。依据超声场中质点的振动与声能量传播方向的不同，超声波的波形一般分为三种。
纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致的波，它能在固体、液体和气体介质中传播。 横波：质点的振动方向垂直于波的传播方向的波，它只能在固体介质中传播。
表面波：质点的振动介于纵波和横波之间，表面波沿着介质表面传播，其振幅随深度的增加而迅速衰减，表面波只在固体的表面传播。
② 波速。超声波在不同的介质中（气体、液体、固体）的传播速度是不同的，传播速度与介质密度和弹性系数以及声阻抗有关。不同波形超声波的传播速度也不相同：在固体中，纵波、横波及其表面波三者的声速有一定的关系，通常可认为横波的声速为纵波的一半，表面波的声速为横波声速的90%；气体中的纵波声速为344m/s，液体中的纵波声速为900 ~1 900m/s。
③ 超声波的反射和折射。当超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界面上将发生反射和折射。其中，能返回原介质的称为反射波；透过介质表面，能在另一种介质内继续传播的称为折射波。在某种情况下，超声波还能产生表面波。各种波型都符合反射和折射定律。
④ 超声波的衰减。超声波在介质中传播时，随着距离的增加，能量逐渐衰减，衰减的程度与超声波的扩散、散射及吸收等因素有关。
可用来测距、测液位或料位、金属探伤以及测厚等。
（4）图6-19所示为汽车倒车防碰装置的示意图。请根据学过的知识分析该装置的工作原理。说明该装置还可以有其他哪些用途?
图6-19 汽车倒车防碰装置的示意图
答：倒车雷达通常由超声波传感器、控制器和显示器（或蜂鸣器）等部分构成。汽车在倒车时，安装在车尾保险杠上的超声波发射探头发射的超声波遇到障碍物后产生反射信号，超声 — — 88
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波接收探头接收到的超声波后，由控制器进行数据处理，判断出障碍物的位置，然后送显示器显示障碍物的距离和方位并发出其他告警信号，及时示警，使倒车变得轻松。 该装置还可用于潜艇声纳系统，探伤，防盗门等。
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