(1)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、液体和气体中传播;
(2)横波。质点振动方向垂直于传播方向的波。它只能在固体中传播;
(3)表面波。质点的振动介于纵波与横波之间,沿表面传播。振幅随深度增加而迅速衰减的波。
从上述分类可看出,只有纵波可以在气体中传播。因此,目前在空气中的超声波测量系统大多依靠纵波来实现。而实际测量用的超声波主要集中在频率为2x104—2x106 Hz 的范围内。其中,靠近低频段主要用于空气和液体介质中的测量系统,中频和高频段主要用于固体介质的测量。这主要是由于介质对声波能量的吸收随声波频率的升高而增加,频率越高,声波在介质中衰减就越快。而在固体介质中,测量的量程比较短(例如超声波探伤,测工件厚度等),在液体和气体中,测量的量程比较长(例如空气中的超声波测距,海洋中测深度等),因此,气体和液体中测量所选择的声波频率就要比固体介质中低。文献综述
2.2超声波传感器的特性
超声波传感器是实现声、电转换的装置,又称超声换能器或超声波探头。这种装置能发射超声波和接收超声波回波,并转换成相应电信号。目前常见的超声波发射和接收器件的标称频率一般为40kHz,频率取得太低,外界杂音干扰较多,太高在传播过程中衰减较大。按作用原理不同,超声波传感器可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种,其中压电陶瓷晶片制成的换能器最为常用。在原理上利用压电陶瓷材料在电能与机械能之间相互转换的功能。
其示意图如图 2-1 所示:
图 2-1双压电晶片示意图
超声波传感器的基本特性有频率特性和指向特性,这里以课题中选用的传感器UCM40发射型超声波传感器的特性为例加以说明。
(1) 频率特性
超声波传感器的升压能级和灵敏度
图2-2是超声波发射传感器的升压能级和灵敏度。其中,40KHz处为超声波发射传感器的中心频率,在40KHz处,超声发射传感器所产生的超声机械波最强,也就是说在40KHz处所产生的超声声压能级最高。而在40KHz两侧,声压能级迅速衰减。其频率特性如图2-3所示。因此,超声波发射传感器一定要使用非常接近中心频率40KHz的交流电压来激励。