超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、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)。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。

以超聲波作為檢測手段，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)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。

一、超聲波傳感器的工作原理：

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。聲波是物體機(jī)械振動狀態(tài)的傳播形式。超聲波傳感器是用來測量物體的距離。首先，超聲波傳感器會發(fā)射一組高頻聲波，般為４０－４５ＫＨｚ，當(dāng)聲波遇到物體后，就會被反彈回，并被接受到。通過計(jì)算聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間，再乘以聲波在媒介中的傳播速度（３４４米／秒，空氣中）。就可以獲得物體相對于傳感器的距離值了。

二、超聲波傳感器的測距原理：

超聲波測距原理是在超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，它的根據(jù)是接收器接到超聲波時(shí)的時(shí)間差，與雷達(dá)測距原理相似。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計(jì)時(shí)。（超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t（秒），就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2）

三、超聲波傳感器的分類：

超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮磁式、電磁式等，其中以壓電式為最常見。

四、超聲波傳感器的組成：

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，如直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，使用前必須預(yù)先了解它的性能。

五、超聲波傳感器的主要性能和特性：

（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

超聲波傳感器就好比一個(gè)喇叭，能將電流信號轉(zhuǎn)換成高頻聲波，或者將聲波轉(zhuǎn)換成電信號。（其實(shí)多數(shù)喇叭都可以當(dāng)作話筒用，不信大家可以去試一下，用喇叭代替麥克風(fēng)，也是可以的，只不過麥克風(fēng)將聲波轉(zhuǎn)化成電信號的能力比較強(qiáng)一點(diǎn)。所以，更加靈敏一點(diǎn)。）

六、超聲波傳感器的應(yīng)用案例：

1、超聲波傳感器焊接的應(yīng)用，壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下,可得到較大功率的超聲波,可以被聚焦,能用于集成電路及塑料的焊接。

2、超聲波傳感器多普勒效應(yīng)應(yīng)用，交警用超聲波多普勒車速測量儀可以根據(jù)超聲波的多普勒效應(yīng),測量出汽車的行駛速度。

3、超聲波傳感器倒車?yán)椎膽?yīng)用，倒車?yán)走_(dá)全稱叫“倒車防撞雷達(dá)”,也叫“泊車輔助裝置”,是汽車泊車或者倒車時(shí)的安全輔助裝置,由超聲波傳感器(俗稱探頭)、控制器和顯示器(或蜂鳴器)等部分組成。能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況,解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛時(shí)前后左右探視所引起的困擾,并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷,提髙駕駛的安全性。

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