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超聲波傳感器是怎樣接受聲波的?
聲波是一種機械波,傳播過程是機械振動在介質中。其振動頻率10~10000Hz時,就會引起人的聽覺,更低頻率的機械波為次聲波,高于20KHz的機械波為超聲波。因此也是物位檢測波,一般超聲波儀表應用在20kHz以上頻率的超聲波段區域內工作。超聲波傳感器中的超聲波換能器,它是能實現超聲波發射和接受的器件。目前最為廣泛應用的是電-聲能換能器,常見的是壓電晶體換能器。
超聲波換能器的原理是根據壓電效應和逆壓電效應原理實現電能-超聲能之間互相轉換。超聲波傳感器的檢測原理是利用聲速特性,采用回聲測距方法,測量的準確性取決于聲速。聲波在介質中傳播速度又與介質密度相關,而密度又是溫度跟壓力的函數,因此,只要溫度跟壓力發生變化,聲速也會變化,而且影響不小,于是使得測量距離無法測準。所以在實際測量中需要對聲速進行校正,確保測量精度。
常見超聲波傳感器典型的探頭的作用:
1、縱波探頭通常稱為直探頭,主要用于檢測與檢測面平行的缺陷,如板材、鑄、鍛件檢測等。
2、橫波斜探頭是利用橫波檢測,是入射角在第一臨界角與第二臨界角之間且折射波為純橫波的探頭,主要用于檢測與檢測面垂直或成一定角度的缺陷,廣泛用于焊縫、管材、鍛件的檢測。
3、縱波斜探頭是入射角小于第一臨界角的探頭。目的是利用小角度的縱波進行缺陷檢驗,或在橫波衰減過大的情況下,利用縱波穿透能力強的特點進行縱波斜入射檢驗,使用時需注意試件中同時存在橫波的干擾。
4、爬波探頭。由于一次爬波的角度在75o~83o之間,幾乎垂直于被檢工件的厚度方向,與工件中垂直方向的裂紋接近成90o,因此,對于垂直性裂紋有較好的檢測靈敏度,且對工件表面的粗糙度要求不高,適用于表面、近表面的裂紋檢測。
5、表面波(瑞利波)探頭入射角需在產生瑞利波的臨界角附近,通常比第二臨界角略大。由于超聲波傳感器表面波的能量集中于表面下2個波長之內,檢查表面裂紋靈敏度極高,主要對表面或近表面缺陷進行檢驗。
6、雙晶探頭。雙晶探頭有兩塊壓電晶片,一塊用于發射超聲波,另一塊用于接收超聲波,根據入射角αL的不同,分為縱波雙晶直探頭和橫波雙晶斜探頭。雙晶探頭具有以下優點:靈敏度高、雜波少盲區小、工件中近場區長度小、檢測范圍可調,雙晶探頭主要用于檢測近表面缺陷。