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[導(dǎo)讀]什么是超聲波傳感器?超聲波傳感器是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其它能量信號(hào)(通常是電信號(hào))的傳感器。超聲波是振動(dòng)頻率高于20kHz的機(jī)械波。

什么是超聲波傳感器?超聲波傳感器是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其它能量信號(hào)(通常是電信號(hào))的傳感器。超聲波是振動(dòng)頻率高于20kHz的機(jī)械波。它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。超聲波傳感器廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。

超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。數(shù)年前，在傳感器技術(shù)領(lǐng)域，超聲波傳感器一直是備用的選擇。新技術(shù)使得今天的超聲波傳感器非常堅(jiān)固耐用并有著精確的感應(yīng)能力，這些新增強(qiáng)的特性拓展了新的應(yīng)用領(lǐng)域，完全超越了傳統(tǒng)的超聲波傳感器的應(yīng)用。

超聲波傳感器的原理及性能指標(biāo)

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。

超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。

超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。

因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波，完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱(chēng)為超聲換能器，或者超聲探頭。

超聲波傳感器利用傳感器頭部的壓振陶瓷的振動(dòng)，產(chǎn)生高頻人耳聽(tīng)不見(jiàn)的聲波來(lái)進(jìn)行感應(yīng)的，如果這聲波碰到了某個(gè)物體，傳感器就能接收到返回波。

傳感器通過(guò)聲波的波長(zhǎng)和發(fā)射聲波以及接收到返回聲波的時(shí)間差就能確定物體的距離，一個(gè)傳感器可以通過(guò)按鈕的設(shè)定來(lái)?yè)碛薪嚯x和遠(yuǎn)距離兩種設(shè)定，無(wú)論物體在那一種界限里，傳感器都可以檢測(cè)到。

有一些超聲波傳感器使用獨(dú)立的發(fā)射器和接收器，當(dāng)檢測(cè)緩慢移動(dòng)的物體，或者需要快速響應(yīng)或者在潮濕環(huán)境中應(yīng)用時(shí)，這種對(duì)射式或者叫分離式的超聲波傳感器就非常適用。在檢測(cè)透明物體、液體，檢測(cè)光滑、粗糙和有光澤的，半透明材料的物體表面，和檢測(cè)不規(guī)則物體時(shí)，超聲波傳感器都是首選。

超聲波傳感器不適用的情況有：戶(hù)外，極熱的環(huán)境，有壓力的容器內(nèi)，同樣不能檢測(cè)有泡沫的物體。

超聲波傳感器主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測(cè)作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭 (表面波 )、蘭姆波探頭(蘭姆波)、雙探頭(一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收)等。

超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。

超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：

(1)工作頻率

工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。

(2)工作溫度

由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。

(3)靈敏度

主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高;反之，靈敏度低。

超聲波傳感器的典型性應(yīng)用

不管你的任務(wù)是在物流行業(yè)，工程機(jī)械，食品和飲料，料位檢測(cè)或自動(dòng)門(mén)和工業(yè)門(mén)檢測(cè)：超聲波傳感器都能為最多樣化的應(yīng)用需求提供解決方案。請(qǐng)看以下9種綜合應(yīng)用實(shí)例，向你展示了超聲波傳感器的多功能性。常用的超聲波傳感器由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測(cè)作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭(表面波)、蘭姆波探頭(蘭姆波)、雙探頭(一個(gè)探頭發(fā)射、一個(gè)探頭接收)等。

磁致伸縮式超聲波發(fā)生器是把鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中，使它產(chǎn)生機(jī)械尺寸的交替變化即機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生出超聲波。它是用幾個(gè)厚為0.1-0.4mm的鎳片疊加而成，片間絕緣以減少渦流損失，其結(jié)構(gòu)形狀有矩形、窗形等。

磁致伸縮式超聲波接收器的原理是：當(dāng)超聲波作用在磁致伸縮材料上時(shí)，引起材料伸縮，從而導(dǎo)致它的內(nèi)部磁場(chǎng)( 即導(dǎo)磁特性)發(fā)生改變。根據(jù)電磁感應(yīng)，磁致伸縮材料上所繞的線圈里便獲得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。此電勢(shì)送到測(cè)量電路，最后記錄或顯示出來(lái)。

選型要求

在選擇和安裝超聲波傳感器的時(shí)候都需要明確一些基本條件，不然就會(huì)直接影響著傳感器的測(cè)量結(jié)果。

探測(cè)范圍和大小

要探測(cè)的物體大小直接影響超聲波傳感器的檢測(cè)范圍。傳感器必須探測(cè)到一定聲級(jí)的聲音才可以進(jìn)行輸出。大部件能將大部分聲音反射給超聲波傳感器，這樣傳感器即可在其最遠(yuǎn)傳感距離檢測(cè)到此部件。小部件僅能反射較少的一部分聲音，從而導(dǎo)致傳感范圍大大縮小。

探測(cè)物體的特點(diǎn)

使用超聲波傳感器探測(cè)的理想物體應(yīng)體積大、平整且密度高，并與變換器正面垂直。最難探測(cè)的物體是體積小且由吸音材料制成的物體，或者與變換器呈一定角度的物體。

如果液面靜止且與傳感器表面垂直，探測(cè)液體就很容易。如果液面波動(dòng)大，可延長(zhǎng)傳感器的響應(yīng)時(shí)間，從而取波動(dòng)變化的平均值以獲得更一致的讀數(shù)。但是，超聲波傳感器還不能精確探測(cè)表面為泡沫狀的液體，因?yàn)榕菽瓡?huì)使聲音的傳播方向發(fā)生偏離。

這時(shí)可以使用超聲波傳感器的反向超聲模式，探測(cè)形狀不規(guī)則的物體。在反向超聲模式下，超聲波傳感器會(huì)探測(cè)一個(gè)平整背景，如墻壁。任何穿過(guò)傳感器和墻壁之間的物體都會(huì)阻斷聲波。傳感器即可通過(guò)探測(cè)該干擾來(lái)識(shí)別物體的存在。超聲波傳感器工作原理及性能指標(biāo)詳解

超聲波傳感器的工作原理基于超聲波在空氣、液體或固體中的傳播和回波的時(shí)間差測(cè)量。以下是其詳細(xì)工作過(guò)程：

發(fā)射：傳感器發(fā)射超聲波脈沖信號(hào)。

傳播：超聲波在介質(zhì)中傳播，通常是通過(guò)空氣。

接收：超聲波遇到障礙物后，一部分波束被物體反射回傳感器。

時(shí)間差測(cè)量：傳感器測(cè)量發(fā)射和接收之間的時(shí)間差。

距離計(jì)算：根據(jù)聲速和時(shí)間差，傳感器計(jì)算出物體與傳感器之間的距離。

超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：

測(cè)距范圍：傳感器能夠測(cè)量的最大距離和最小距離。

分辨率：傳感器能夠區(qū)分的最小距離差異。

精度：傳感器測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值之間的誤差。

反射面積：傳感器所能感知到的目標(biāo)反射面積大小。

工作頻率：超聲波傳感器所使用的頻率。