超声波检测技术在FOCKE包装机中的应用 - 图文

超声波检测技术在FOCKE包装机中的应用

黄永登

（湖南中烟工业公司长沙卷烟厂卷包车间）

[摘要] 现代科学技术发展日新月异，体现在烟草机械设备的电气检测元件方面，从微动开关到电感式接近开关、电容式传感器，还有可见光、红外线等光电式检测元件等等，各种检测手段层出不穷。还有一种先进的检测技术——“超声波”。我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹。当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。

本文详细介紹超声波检测技术原理、起源，超声波检测器的结构以及在FOCKE包裝机上使用的超声波检测器的示教及检修方法。希望能给大家在对FOCKE设备维护维修工作中带来些许方便。

[关键词] 检测技术 超声波 FOCKE 示教

引言 超声波检测是一种无损检测技术， 无损检测技术的基础是物质的各种物理性质或它们的组合以及与物质相互作用的物理现象。迄今为止，包括在工业领域已获得实际应用的和已在实验室阶段获得成功的无损检测方法已达五、六十种甚至更多，其中最为典型的就是超声波检测。本文着重介绍超声波检测技术及其在FOCKE701卷烟包装机上的应用。

正文

一、 FOCKE包裝机上的超声波检测器

FOCKE701包装机组是由德国FOCKE公司生产的具有1000包/分钟生产能力的超高速硬合包装机组，是目前国际上最为先进的卷烟设备之一。包括701、741、752、779、798、542等多个组成部份，自动化程度相当高。特别是电气检测方面，根据不同检测对象采用了多种检测技术。其中用到超声波检测器的地方有六

处。它们分别是：

1、542吸头到位检测器（B23.2）； 2、701小包胶缸胶位检测器（B136）； 3、701铝箔对中检测器（A43.3F）； 4、701铝箔拚接头检测器（B43.0）； 5、752小包透明纸对中检测器（A5.6） 6、752小包透明纸拚接头检测器（B24.2）； 以上检测器在机器中的位置分别见图1——图6：

图1： 542吸头到位检测器（B23.2） 图2：701小包胶缸胶位检测器（B136）

图3、701铝箔对中检测器（A43.3F） 图4、701铝箔拚接头检测器（B43.0） 752小包透明纸对中检测器（A5.6） 图6、752透明纸拚接头检测器（B24.2） 图5、二、 什么是超声波：

在回答这个问题之前，先让我们来回顾一个小故事《夜晚的实验 》： 意大利科学家斯帕拉捷常常看到，很多蝙蝠灵活的在空中飞来飞去，却从不会撞到树上或者墙壁上。这个现象引起了他的好奇：蝙蝠凭什么特殊本领在夜空中自由自在的飞行呢？

1793年夏天，一个晴朗的夜晚，斯帕拉捷把笼子里的蝙蝠放了出去。当他看到这几只蝙蝠轻盈敏捷地来回飞翔时，不由得惊叫起来。因为那几只蝙蝠的眼睛全被他蒙上了，都是“瞎子”呀。

斯帕拉捷很奇怪：不用眼睛，蝙蝠凭什么来辨别前方的物体，捕捉灵活的飞蛾呢？

于是，他把蝙蝠的鼻子堵住。结果蝙蝠在空中还是飞的那么敏捷、轻松。 最后，斯帕拉捷堵住蝙蝠的耳朵，把它们放到夜空中。这次，蝙蝠可没有了先前的神气。它们像无头苍蝇一样在空中东碰西撞，很快就跌落在地。 啊！蝙蝠在夜间飞行，捕捉食物，原来是靠听觉来辨别方向、确认目标的！

斯帕拉捷的实验，揭开了蝙蝠飞行的秘密，促使很多人进一步思考：蝙蝠的耳朵又怎么能“穿透”黑夜，“听”到没有声音的物体呢？

原来，蝙蝠靠喉咙发出人耳听不见的2～10万赫兹的“超声波”，这种声音沿着直线传播，碰到物体就像光照到镜子上那样反射回来。蝙蝠用耳朵接受到这种“超声波”，就能迅速做出判断，灵巧的自由飞翔，捕捉食物。

科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为20～20000赫兹。当声波的振动频率大于20000赫兹或小于20赫兹时，我们便听不见了。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。 超声波具有如下特性：

1） 超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。 2） 超声波可传递很强的能量。

3） 超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。

4） 超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。

我们人类直到第一次世界大战才学会利用超声波，这就是利用“声呐”的原理来探测水中目标及其状态，如潜艇的位置等。此时人们向水中发出一系列不同频率的超声波，然后记录与处理反射回声，从回声的特征我们便可以估计出探测物的距离、形态及其动态改变。医学上最早利用超声波是在1942年，奥地利医生杜西克首次用超声波技术扫描脑部结构；以后到了60年代医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测。

超声波就像一位无声的功臣，广泛地应用于工业、农业、医疗和军事等领域。斯帕拉捷怎么也不会想到，自己的实验，会给人类带来如此巨大的恩惠。

三、 超声波检测原理 1、 超声波发生器

为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 2、 压电式超声波发生器原理

压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如下图7所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。

脉冲信号 共振板 压电晶片

图7、压电式超声波发生器结构原理图 3、超声波测距原理

超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2 4、超声波检测物件厚度原理

超声波在不同介质中的传播速度是不同的，将超声波检测器有发射头和接收探头分别置于被检测介质的两边，发射头发射的超声波有一部份被介质反射回去，一部份以不同于空气中的传播速度穿透介质到达接收探头，通过计算一束超声波从发射到被接收探头接收的时间，经过一定的换算就可以知道被测介质的厚度。

四、FOCKE包装机上超声波检测器详细介绍

从正文第一章节我们知道了FOCKE机上共有六个超声波检测器，

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