超声波传感器的广泛应用

高频超声波，由于它的波长短，不易产生绕射，碰到杂质或分界面就会有明显的反射，而且方向性好，能成为射线而定向传播，在液体固体中衰减小，穿透本领大，这些特性使超声波能成功地应用下列方面。

1.超声探伤

（1）穿透法探伤。这是根据超声波穿透工件后，能量变化的状况来判断工件内部质量的方法。穿透法用两个探头，置于工件两相对面，一个发射声波，一个接收声波。发射的超声波可以是连续波，也可以是脉冲波，其结构如图10.2-2所示。

在探测中，发射恒定的声波（幅值、频率均不变），当工件内无缺陷时，接收能量大，仪表指示值大。当工件内有缺陷和损伤时，因部分能量被反射，接收能量小，仪表指示值小，以此来判断工件缺陷的有无和大小。

图10.2-2　穿透法探伤结构

图10.2-3　反射法探伤结构图

（2）反射法探伤。图10.2-3所示是一以底波为依据的探伤方法。高频脉冲发生器产生的脉冲（发射波）加在探头上，激励压电晶体振动产生超声波，超声波以一定速度向工件内部传播，一部分超声波遇到缺陷时反射回来，另一部分超声波继续传至工件底面B后也反射回来，由缺陷及底面反射回来的超声波被探头接收时，又变为电脉冲。发射波T、缺陷反射波F及底波B经放大后，在显示器的荧光屏上显示出来。荧光屏上的水平亮线为扫描线（时间基准线），其长度与时间成正比。由发射波、缺陷波及底波在扫描线上的位置，可求出缺陷位置；由缺陷波的幅度可判断缺陷大小；由缺陷波的形状可分折缺陷的性质。当缺陷面积大于声束截面时，声波由缺陷处全部反射回来。荧光屏上只有T、F波，而没有B波，当工件无缺陷时，荧光屏上只有T、B波，而没有F波。

超声探伤是属无损探伤，在铁路部门也可应用。对于钢轨、车轮等均可用以上两种方法进行检测。(www.xing528.com)

图10.2-4　超声波测液位原理示意图

2.超声测液位

超声测液位是利用回声原理工作的，如图10.2-4所示。超声探头向液面发射短促的超声脉冲，经过时间t后，探头接收到从液面反射回来的回音脉冲，因此探头到液面的距离L可由下式求得

式中 c——超声波在被测介质中的传播速度。

由此可知，只要知道超声波速度，就可以通过精确地测量时间t的方法来精确测量距离L，即得液体界面位置。

声速c在不同的液体中其数值是不相同的，即使在同一种液体中，由于温度和压力不同，其值也不相同。由于液体中其它成分的存在及温度不均匀都会使c发生变化，引起测量误差。故在精密测量时，要考虑采取补偿措施。

3.超声波测厚度

在超声测厚技术中，应用较为广泛的是脉冲回波法。脉冲回波法测量工件厚度原理主要是测量超声波脉冲通过工件所需的时间间隔，然后根据超声波脉冲在工件中的传播速度求出工件的厚度。这里不再详细讨论。