超聲波傳感器及應(yīng)用：十大超聲波傳感器應(yīng)用案例
原標(biāo)題：十大超聲波傳感器應(yīng)用案例
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)門和工業(yè)門檢測(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應(yīng)用多功能性。
1、超聲波停車輔助系統(tǒng)
超聲波停車輔助也被稱為停車輔助系統(tǒng)、停車引導(dǎo)系統(tǒng)和倒車輔助。這些系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單地檢測(cè)周圍物體并通過聲音警示駕駛員，到幾乎沒有人為操作的自動(dòng)停車。通常，這些系統(tǒng)擁有4-16個(gè)感應(yīng)器，巧妙地圍繞車身安裝，以提供所需的檢測(cè)覆蓋
2、踢腳開啟后備箱
踢腳開啟后備箱也稱為智能后備箱開啟系統(tǒng)。該功能使車主將腳放在后保險(xiǎn)杠下方，無需使用雙手，僅需踢腳動(dòng)作就能打開汽車后備箱
3、距離15厘米到1米的物體檢測(cè)
使用超聲波感應(yīng)技術(shù)于踢腳開啟后備箱的挑戰(zhàn)之一是近距離檢測(cè)范圍。超聲波感應(yīng)器精確檢測(cè)近場(chǎng)物體的能力取決于感應(yīng)器的質(zhì)量和傳感器的規(guī)格、驅(qū)動(dòng)方法和設(shè)計(jì)以及接收路徑（AFE和數(shù)字處理）的性能。
4、高空作業(yè)平臺(tái)的防撞檢測(cè)
可駕駛的高空作業(yè)平臺(tái)在許多建筑工地變得越來越普及。這些平臺(tái)可以大大方便高空作業(yè)的實(shí)施，有效提高生產(chǎn)效率。然后，由于碰撞引起的嚴(yán)重高空作業(yè)平臺(tái)事故幾乎每天都在發(fā)生，因此安全問題不容忽視。超聲波傳感器可以有效地保障這類設(shè)備的安全運(yùn)行。
5、用于噴霧噴嘴的超聲波超感器
為了幫助樹木保持在最佳狀態(tài)，化學(xué)藥品通過特殊的噴灑過程被應(yīng)用到。這些藥品對(duì)于農(nóng)民來說是高成本的。
為了讓收成賣出合理的價(jià)格，噴灑工作必須盡可能高效。使用超聲波傳感器通過檢測(cè)檢測(cè)樹木間的間隙節(jié)省農(nóng)藥。一旦這些間隙被發(fā)現(xiàn)，噴涂過程會(huì)暫時(shí)停止。
6、使用超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾收集車的控制
對(duì)于可靠的操作，移動(dòng)設(shè)備需要的傳感器使它可以全天候應(yīng)用在惡劣的條件下。對(duì)這些車輛來說，極端的溫度，劇烈的顛簸和震動(dòng)是常見的。用于這些車輛如垃圾收集卡車上的超聲波傳感器，必須非常的堅(jiān)固可靠，可以保證安全操作。
7、叉車托盤檢測(cè)
物流行業(yè)應(yīng)用通常依賴于叉車可靠地運(yùn)送重物到指定地點(diǎn)。倍加福超聲波傳感器在特定區(qū)域內(nèi)監(jiān)控叉車，確保其準(zhǔn)確性和可靠性。依靠超聲波傳感器，您能決定托盤是否已上叉車以及在叉車托桿插入托盤底下多深。
8、印刷電路板輸送線
從智能手機(jī)和家用電器到我們所駕駛的車，電子-因此印刷電路板（PCBs）-是今天幾乎每個(gè)機(jī)器必不可少的特征。這些印刷電路板是任何設(shè)備的核心，必須被極其小心的處理。超聲波傳感器能幫助控制這些高度敏感的印刷電路板的生產(chǎn)過程。
9、飲料灌裝機(jī)采用超聲波傳感器進(jìn)行飲料瓶記數(shù)
在幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)對(duì)瓶子進(jìn)行檢測(cè)與計(jì)數(shù)，確保了連續(xù)的物流監(jiān)控。對(duì)每只瓶進(jìn)入與離開灌裝系統(tǒng)都進(jìn)行優(yōu)化，并可靠地檢測(cè)缺失的瓶子。即使在強(qiáng)烈的蒸汽領(lǐng)域，也能精準(zhǔn)的確保飲料瓶的檢測(cè)。
10、超聲波傳感器用于閘機(jī)系統(tǒng)的車輛檢測(cè)
在停車場(chǎng)和車庫(kù)，入口使用閘機(jī)系統(tǒng)來控制。當(dāng)有一個(gè)車輛在欄桿下面，欄桿不能降下。超聲波傳感器特別適合控制這一過程。他們檢測(cè)目標(biāo)物不會(huì)受車輛的型號(hào)或者顏色的影響，在欄桿的下方監(jiān)測(cè)整個(gè)區(qū)域。
超聲波傳感器及應(yīng)用：深度了解超聲波傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景
超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過程中有衰減。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測(cè)量?jī)x器及裝置。
超聲波應(yīng)用有三種基本類型，透射型用于遙控器，防盜報(bào)警器、自動(dòng)門、接近開關(guān)等；分離式反射型用于測(cè)距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測(cè)厚等。
超聲波的應(yīng)用
超聲波測(cè)厚
用超聲波測(cè)量金屬零件的厚度，具有測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)單、可連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。超聲波測(cè)厚常用脈沖回波法。此方法的工作原理如圖所示。超聲波探頭與被測(cè)物體表面接觸，主控制器用一定頻率的脈沖信號(hào)激勵(lì)壓電式探頭，使之產(chǎn)生重復(fù)的超聲波脈沖。脈沖被傳到被測(cè)工件另一方面時(shí)被反射回來，被同一探頭接收。
超聲波測(cè)距
空氣超聲探頭發(fā)射超聲脈沖，到達(dá)被測(cè)物時(shí)，被反射回來，并被另一只空氣超聲探頭所接收。測(cè)出從發(fā)射超聲波脈沖到接收超聲波脈沖所需的時(shí)間t，再乘以空氣的聲速（340m/s），就是超聲脈沖在被測(cè)距離所經(jīng)歷的路程，除以2就得到距離。
超聲波測(cè)物位
存于各種容器內(nèi)的液體表面高度及所在的位置稱為液位；固體顆粒、粉料、塊料的高度或表面所在位置稱為料位。兩者統(tǒng)稱為物位。
超聲波測(cè)量物位是根據(jù)超聲波在兩種介質(zhì)的分界面上的反射特性而工作的。
根據(jù)發(fā)射和接收換能器的功能，超聲波物位傳感器可分為單換能器和雙換能器兩種。單換能器在發(fā)射和接收超聲波時(shí)均使用一個(gè)換能器，而雙換能器對(duì)超聲波的發(fā)射和接收各由一個(gè)換能器擔(dān)任。
超聲波傳感器可放置于水中，讓超聲波在液體中傳播。由于超聲波在液體中衰減比較小，所以即使產(chǎn)生的超聲波脈沖幅度較小也可以傳播。超聲波傳感器也可以安裝在液面的上方，讓超聲波在空氣中傳播，這種方式便于安裝和維修，但超聲波在空氣中的衰減比較厲害。如果從發(fā)射超聲波脈沖開始，到接收換能器接收到反射波為止的這個(gè)時(shí)間間隔為已知，就可以求出分界面的位置，利用這種方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物位的測(cè)量。
超聲波物位傳感器具有精度高、使用壽命長(zhǎng)、安裝方便、不受被測(cè)介質(zhì)影響、可實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)場(chǎng)所的非接觸連續(xù)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是：若液體中有氣泡或液面發(fā)生波動(dòng)，便會(huì)有較大的誤差。在一般使用條件下，它的測(cè)量誤差為士0.1% ，測(cè)量范圍為10-2-104m。
超聲波測(cè)流量
超聲波測(cè)量流體流量是利用超聲波在流體中傳輸時(shí)，在靜止流體和流動(dòng)流體中的傳播速度不同的特點(diǎn)，從而求得流體的流速和流量。
圖中v為被測(cè)流體的平均流速，c為超聲波在靜止流體中的傳播速度，q為超聲波傳播方向與流體流動(dòng)方向的夾角( 必須小于 90度),A、B 為兩個(gè)超聲波換能器，L為兩者之間距離
超聲波測(cè)流量，通常有三種方法：時(shí)差法、相位差法和頻率差法。
超聲波流量傳感器具有不阻礙流體流動(dòng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量。它可測(cè)流體種類很多，不論是非導(dǎo)電的流體、高黏度的流體、漿狀流體，只要能傳輸超聲波的流體都可以進(jìn)行測(cè)量。超聲波流量計(jì)可用來對(duì)自來水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水等進(jìn)行測(cè)量，還可用于下水道、農(nóng)業(yè)灌溉、河流等流速的測(cè)量。
超聲波探傷
超聲波無損探傷在工業(yè)制造中被應(yīng)用，他包括穿透法探傷和反射法探傷。
穿透法探傷：是根據(jù)超聲波穿透工件后能量的變化情況來判斷工件內(nèi)部質(zhì)量。
該方法采用兩個(gè)超聲波換能器，分別置于被測(cè)工件相對(duì)兩個(gè)表面，其中一個(gè)發(fā)射超聲波，另一個(gè)接收超聲波。發(fā)射超聲波可以是連續(xù)波，也可以是脈沖信號(hào)。
當(dāng)被測(cè)工件內(nèi)無缺陷時(shí)，接收到的超聲波能量大，顯示儀表指示值大；當(dāng)工件內(nèi)有缺陷時(shí)，部分能量被反射，因此接收到的超聲波能量小，顯示儀表指示值小。根據(jù)這個(gè)變化，即可檢測(cè)出工件內(nèi)部有無缺陷。
反射法探傷：是根據(jù)超聲波在工件中反射情況的不同來探測(cè)工件內(nèi)部是否有缺陷。它又分為一次脈沖反射法和多次脈沖反射法兩種。
測(cè)試時(shí)，將超聲波探頭放于被測(cè)工件上，并在工件上來回移動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。由高頻脈沖發(fā)生器發(fā)出脈沖(發(fā)射脈沖T) 加在超聲波探頭上，激勵(lì)其產(chǎn)生超聲波。探頭發(fā)出的超聲波以一定速度向工件內(nèi)部傳播。其中，一部分超聲波遇到缺陷時(shí)反射回來，產(chǎn)生缺陷脈沖F，另一部分超聲波繼續(xù)傳至工件底面后也反射回來，產(chǎn)生底脈沖B。缺陷脈沖F和底脈沖B被探頭接收后變?yōu)殡娒}沖，并與發(fā)射脈沖T一起經(jīng)放大后，最終在顯示器熒光屏上顯示出來。
多次脈沖反射法是以多次底波為依據(jù)而進(jìn)行探傷的方法。超聲波探頭發(fā)出的超聲波由被測(cè)工件底部反射回超聲波探頭時(shí)，其中一部分超聲波被探頭接收，而剩下部分又折回工件底部，如此往復(fù)反射，直至聲能全部衰減完為止。
超聲波探傷是目前應(yīng)用十分廣泛的無損探傷手段。它既可檢測(cè)材料表面的缺陷，又可檢測(cè)內(nèi)部幾米深的缺陷，這是x光探傷所達(dá)不到的深度。
超聲波清洗
當(dāng)弱的聲波信號(hào)作用于液體中時(shí)，會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生一定的負(fù)壓，即液體體積增加，液體中分子空隙加大，形成許多微小的氣泡；而當(dāng)強(qiáng)的聲波信號(hào)作用于液體時(shí)，則會(huì)對(duì)液體產(chǎn)生一定的正壓，即液體體積被壓縮減小，液體中形成的微小氣泡被壓碎。經(jīng)研究證明：超聲波作用于液體中時(shí)，液體中每個(gè)氣泡的破裂會(huì)產(chǎn)生能量極大的沖擊波，相當(dāng)于瞬間產(chǎn)生幾百度的高溫和高達(dá)上千個(gè)大氣壓的壓力，這種現(xiàn)象被稱之為“空化作用”，超聲波清洗正是利用液體中氣泡破裂所產(chǎn)生的沖擊波來達(dá)到清洗和沖刷工件內(nèi)外表面的作用。超聲清洗多用于半導(dǎo)體、機(jī)械、玻璃、醫(yī)療儀器等行業(yè)。
結(jié)合了超聲波傳感器的一些基本的應(yīng)用功能，我們來看看在各行業(yè)中的應(yīng)用場(chǎng)景：
超聲波傳感器在機(jī)器人自主避障中的應(yīng)用
伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、人工智能的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器的避障及自主導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)取得了豐碩的研究成果。移動(dòng)機(jī)器人的自主尋路要求已經(jīng)從之前簡(jiǎn)單的功能實(shí)現(xiàn)提升到可靠性、通用性、高效率上來，因此對(duì)其相關(guān)技術(shù)提出了更高的要求。
采用超聲波傳感器的自主避障機(jī)器人小車
實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主導(dǎo)航有個(gè)基本要求：避障。實(shí)現(xiàn)避障與導(dǎo)航的必要條件是環(huán)境感知， 需要通過傳感器獲取周圍環(huán)境信息，包括障礙物的尺寸、形狀和位置等信息，因此傳感器技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人避障中起著十分重要的作用。
避障使用的傳感器主要有超聲波傳感器、視覺傳感器、紅外傳感器、激光傳感器等。
超聲波傳感器檢測(cè)避障檢測(cè)原理
超聲波傳感器檢測(cè)距離原理是：測(cè)出發(fā)出超聲波至再檢測(cè)到發(fā)出的超聲波的時(shí)間差，同時(shí)根據(jù)聲速計(jì)算出物體的距離。由于超聲波在空氣中的速度與溫濕度有關(guān)，在比較精確的測(cè)量中，需把溫濕度的變化和其它因素考慮進(jìn)去。
超聲波傳感器一般作用距離較短，普通的有效探測(cè)距離都在5到10米之間，但是會(huì)有一個(gè)最小探測(cè)盲區(qū)，一般在幾十毫米。由于超聲傳感器的成本低，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，是移動(dòng)機(jī)器人中常用的傳感器。
超聲波傳感器解決飛機(jī)高空結(jié)冰探測(cè)的難題
加拿大針對(duì)飛機(jī)的高空結(jié)冰，研發(fā)了兩種冰粒探測(cè)技術(shù)，并被加拿大國(guó)家研究理事會(huì)（NRC）認(rèn)可準(zhǔn)備轉(zhuǎn)入工業(yè)應(yīng)用。
超聲波積冰傳感探測(cè)，可用于飛機(jī)積冰探測(cè)
由云層中的液態(tài)水引起的飛機(jī)結(jié)冰已經(jīng)困擾了航空界數(shù)十年，最近的研究，則集中在云層中航空氣象雷達(dá)無法發(fā)現(xiàn)的冰晶帶來的危險(xiǎn)，高度集聚的冰晶，會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作并阻塞空速管。NRC表示，目前還沒有可靠的傳感器能夠提供對(duì)積冰的早期警示，而超聲波裝置可以彌補(bǔ)這一缺失。
這種超聲波傳感器采用無損貼片形式安裝，體積小、輕薄且低功。采用超聲波形式可以同時(shí)作為揚(yáng)聲器和收音器，通過對(duì)結(jié)構(gòu)表面或壁面發(fā)送聲波，可被積冰反射回來，從而反映另一面的積冰數(shù)據(jù)。
NRC表示，這種超聲波裝置不需安裝在被監(jiān)測(cè)環(huán)境中。它可以用在發(fā)動(dòng)機(jī)或飛機(jī)部件的任一非暴露表面，消除了傳感器因?yàn)楸⒉鹦痘虼┩赴l(fā)動(dòng)機(jī)而損傷的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)除冰人員知道發(fā)動(dòng)機(jī)上那些位置容易結(jié)冰，就可以縮小監(jiān)測(cè)范圍，這樣當(dāng)把傳感器安裝在氣流通道另一側(cè)壁面的合適位置時(shí)，就可以探測(cè)是否發(fā)生積冰了。
超聲波傳感器 能夠在真實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰環(huán)境下探測(cè)到冰粒積聚，并且傳感器還具有足夠的敏感度區(qū)分積聚的輕重程度，能有效測(cè)量積聚強(qiáng)度。單個(gè)超聲波傳感器對(duì)于探測(cè)是否結(jié)冰就已經(jīng)足夠，但由于尺寸、重量和功耗都很小，NRC認(rèn)為可以安裝多個(gè)探測(cè)器組成的陣列，這樣就可以提供冰層覆蓋范圍的詳細(xì)數(shù)據(jù)。
超聲波傳感器的測(cè)距在智能泊車中的應(yīng)用
汽車的倒車?yán)走_(dá)應(yīng)用了超聲波測(cè)距系統(tǒng)，目前有兩種常用的超聲波測(cè)距方案。一種是基于單片機(jī)或者嵌入式設(shè)備的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，一種是基于CPLD(Complex Programmable Logic Device)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)。
超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。首先，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C=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L，即：L=C×T /2 。這就是所謂的時(shí)間差測(cè)距法。
由于超聲波也是一種聲波，其聲速 C 與溫度有關(guān)，表1列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?/p>
超聲波波速與溫度的關(guān)系
由于超聲波易于定向發(fā)射、方向性好、強(qiáng)度易控制、與被測(cè)量物體不需要直接接觸的優(yōu)點(diǎn)，是作為倒車距離測(cè)量的理想選擇。
超聲波傳感器用于智能手機(jī)的指紋認(rèn)證
通過微納機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)開發(fā)的傳感器具備超聲波發(fā)送器和接收器的二維陣列，利用照射到指尖的超聲波的反射來讀取指紋。在手指沾水的狀態(tài)下也能準(zhǔn)確讀取，而且在有人企圖利用印有指紋的紙張等進(jìn)行作弊認(rèn)證時(shí)，也可以識(shí)穿。還能進(jìn)行距離手指表面幾百μm左右的深層掃描。
指紋傳感器部分的超聲波收發(fā)陣列在4.73mm×3.25mm的MEMS芯片上形成，重疊在讀取用CMOS IC上。超聲波收發(fā)陣列上鋪設(shè)了保護(hù)用PDMS膜。利用縱排110×橫排56個(gè)壓電元件來發(fā)送和接收超聲波。壓電元件以43μ的縱間距和58μm的橫間距來配置。為了準(zhǔn)確讀取波峰和波谷的間距為數(shù)百μm的指紋，將超聲波頻率設(shè)置成了14MHz。這是可防止超聲波束擴(kuò)散、而且不易在PDMS和皮膚上衰減的最佳頻率值。
讀取指紋時(shí)，利用了PDMS與指尖的邊界、以及指尖表皮與皮下組織的邊界的超聲波反射。在指紋中，與PDMS接觸的波峰部分和與空氣層接觸的波谷部分在反射特性上大不相同。這樣便可利用反射波來識(shí)別指紋。而且，還可利用表皮與皮下組織的邊界產(chǎn)生的反射波，來識(shí)穿印有偽造指紋的紙張等。
形成超聲波收發(fā)陣列的壓電元件是通過在下部帶微腔的硅薄膜上設(shè)置壓電材料而形成的，可施加電壓使其發(fā)生振動(dòng)。讀取時(shí)，可以讀取因振動(dòng)而發(fā)生的電壓變化。為了減小讀取時(shí)的噪聲，在各元件旁邊設(shè)置了沒有微腔、無法接收超聲波的虛擬元件。將兩種元件收到的超聲波以外的信號(hào)視為噪聲，利用差動(dòng)電路來消除。
超聲波傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學(xué)中不可缺少的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)受檢者無痛苦、無損害、方法簡(jiǎn)便、顯像清晰、診斷的準(zhǔn)確率高等。因而推廣容易，受到醫(yī)務(wù)工作者和患者的歡迎。超聲波診斷可以基于不同的醫(yī)學(xué)原理，我們來看看其中有代表性的一種所謂的A型方法。這個(gè)方法是利用超聲波的反射。當(dāng)超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質(zhì)界面是，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。每遇到一個(gè)反射面時(shí)，回聲在示波器的屏幕上顯示出來，而兩個(gè)界面的阻抗差值也決定了回聲的振幅的高低。
在現(xiàn)實(shí)生活中，我們不難發(fā)現(xiàn)超聲波傳感器的應(yīng)用身影。隨著科技水平的高速發(fā)展，超聲波傳感器的使用范圍也愈來愈廣泛。在人類發(fā)展史上，超聲波傳感器的應(yīng)用無處不在，只要人類可以想象到的地方，它都能涉足一腳。
超聲波傳感器及應(yīng)用：超聲波傳感器主要分類和應(yīng)用
去百度文庫(kù)，查看完整內(nèi)容>
內(nèi)容來自用戶:博航教育
超聲波傳感器主要分類和應(yīng)用
人們能聽到聲音是由于物體振動(dòng)產(chǎn)生的，它的頻率在20HZ-20KHZ范圍內(nèi)，超過20KHZ稱為超聲波，低于20HZ的稱為次聲波。常用的超聲波頻率為幾十KHZ-幾十MHZ。
超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱和振蕩（縱波）。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠(yuǎn)。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測(cè)量?jī)x器及裝置，并在通迅，醫(yī)療家電等各方面得到廣泛應(yīng)用。
超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅鳎梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為2
超聲波傳感器及應(yīng)用：超聲波傳感器的工作原理及其應(yīng)用案例的分析
描述
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(dòng)狀態(tài)的傳播形式。超聲波傳感器是用來測(cè)量物體的距離。首先，超聲波傳感器會(huì)發(fā)射一組高頻聲波，般為４０－４５ＫＨｚ，當(dāng)聲波遇到物體后，就會(huì)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(duì)于傳感器的距離值了。
二、超聲波傳感器的測(cè)距原理：
超聲波測(cè)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(cè)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(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，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(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
超聲波傳感器就好比一個(gè)喇叭，能將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成高頻聲波，或者將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。（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(hào)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(cè)量?jī)x可以根據(jù)超聲波的多普勒效應(yīng),測(cè)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(dòng)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。
fqj
打開APP閱讀更多精彩內(nèi)容
