什么是超聲波傳感器?超聲波傳感器是將超聲波信號轉(zhuǎn)換成其它能量信號(通常是電信號)的傳感器。超聲波是振動頻率高于20kHz的機(jī)械波。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。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。超聲波傳感器廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。

超聲波是一種振動頻率高于聲波的機(jī)械波，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)。 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。

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

傳感器通過聲波的波長和發(fā)射聲波以及接收到返回聲波的時間差就能確定物體的距離，一個傳感器可以通過按鈕的設(shè)定來擁有近距離和遠(yuǎn)距離兩種設(shè)定，無論物體在那一種界限里，傳感器都可以檢測到。

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)檢測緩慢移動的物體， 或者需要快速響應(yīng)或者在潮濕環(huán)境中應(yīng)用時，這種對射式或者叫分離式的超聲波傳感器就非常適用。 在檢測透明物體、液體，檢測光滑、粗糙和有光澤的，半透明材料的物體表面，和檢測不規(guī)則物體時，超聲波傳感器都是首選。

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

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(一個探頭反射、一個探頭接收)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， 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，料位檢測或自動門和工業(yè)門檢測：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(一個探頭發(fā)射、一個探頭接收)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中，使它產(chǎn)生機(jī)械尺寸的交替變化即機(jī)械振動，從而產(chǎn)生出超聲波。它是用幾個厚為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，引起材料伸縮，從而導(dǎo)致它的內(nèi)部磁場( 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)電動勢。此電勢送到測量電路，最后記錄或顯示出來。

選型要求

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

探測范圍和大小

要探測的物體大小直接影響超聲波傳感器的檢測范圍。傳感器必須探測到一定聲級的聲音才可以進(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。

探測物體的特點(diǎn)

使用超聲波傳感器探測的理想物體應(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，探測液體就很容易。如果液面波動大，可延長傳感器的響應(yīng)時間，從而取波動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表面為泡沫狀的液體，因?yàn)榕菽瓡孤曇舻膫鞑シ较虬l(fā)生偏離。

這時可以使用超聲波傳感器的反向超聲模式，探測形狀不規(guī)則的物體。在反向超聲模式下，超聲波傳感器會探測一個平整背景，如墻壁。任何穿過傳感器和墻壁之間的物體都會阻斷聲波。傳感器即可通過探測該干擾來識別物體的存在。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間差測量。以下是其詳細(xì)工作過程：

發(fā)射：傳感器發(fā)射超聲波脈沖信號。

傳播：超聲波在介質(zhì)中傳播，通常是通過空氣。

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。

時間差測量：傳感器測量發(fā)射和接收之間的時間差。

距離計算：根據(jù)聲速和時間差，傳感器計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：

測距范圍：傳感器能夠測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。

響應(yīng)時間：傳感器從發(fā)送信號到接收到回波并計算出測量結(jié)果所需的時間。

環(huán)境適應(yīng)性：傳感器在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性和可靠性。

接口和輸出：傳感器與其他設(shè)備的通信接口和輸出格式。