ArbLab温度对超声波传感器的性能影响研究(2)

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4 实验数据处理与分析 18

4.1 性能一致性比较实验的数据处理与分析 18

4.2 温度性能曲线测试的数据处理与分析 25

结论 32

实验展望及不足 33

致谢 34

参考文献 35

1 绪论

20世纪中叶，人们发现某些介质的晶体（如石英晶体、酒石酸钾钠晶体、PZT晶体等）在高电压窄脉冲作用下，能产生较大功率的超声波。它与可听声波不同，可以被聚焦，也可以用于显像管内部的清洗、集成电路的焊接；在检测方面，利用超声波有类似于光波的折射、反射的特性，制作超声波纳探测器，可以用于探测海底沉船、敌方潜艇，等等。现在超声波已经渗透到我们生活中的许多领域，例如B超、遥控、防盗、无损探伤，等等[1]。

超声波传感器就是是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是指频率高于20 kHz的机械波，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好等特点。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。所以超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面[1]。其中，超声技术在测量领域已经得到广泛的应用。但其核心元件——超声波传感器由于生产工艺的原因，存在着一定的差异，并且在实际使用中超声波传感器还存在对环境温度极为敏感的问题，人们对于生产生活中的测量精度要求越来越高[2]，因此进行温度对超声波传感器的性能影响研究这一课题研究是必要和有其现实意义的。

由于超声波的各种优势优于普通波，因此关于超声波传感器和超声法的原理、应用及发展的研究越来越多。广义上来讲，所谓超声波传感器是指那些能够将电脉冲转化为机械能量，发出频率在听力范围以外的声波的设备。根据不同的实际应用情况，产生的频率也不同，超声波传感器是一种可逆传感器，既可以发射超声波，也可以接受超声波[3]。而超声技术在测量领域已经得到广泛的应用，超声波检测水蒸气湿度、两相流密度、纳米颗粒粒度分布、高浓度水煤浆、气粉混合物固相浓度、多相流层析成像技术等研究有着自己的优势和特点。

新一代超声波传感器主要采用直接反射式的检测模式。位于传感器前面的被检测物通过将发射的声波部分地发射回传感器的接收器，从而使传感器检测到被测物。目前还有部分超声波传感器采用对射式的检测模式。一套对射式超声波传感器包括一个发射器和一个接收器，两者之间持续保持“收听”。位于接收器和发射器之间的被检测物将会阻断接收器接收发射的声波，从而传感器将产生开关信号。此外，还有外置探头型的超声波传感器，相应的电子线路位于常规传感器外壳内[4]。

但目前，对于超声波传感器本身的性能研究、环境因素（温度、湿度、介质等）对其精确度造成的影响、如何进一步提高超声波传感器的精确度的研究文献较少，而本课题就从超声波传感器最基本的直接对射式的检测模式入手，采用简单的无检测物的发射与接收模式进行实验。针对超声波传感器本身的性能影响研究以及不同环境温度下对超声波传感器的测量影响。所以，首先要设计超声波传感器测试平台，对同一批次超声波器件的发送和接受能力的一致性进行评估，同时测试不同的环境温度对超声波发送和接受的影响。具体内容：（1）针对不同老化时间如0小时、24小时、48小时和72小时老化的超声波器件的性能一致性进行比较；（2）针对10摄氏度到40摄氏度区间内超声波器件的性能曲线进行测试，总结其规律，分别记为实验1和实验2。