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超聲波傳感器工作原理及行業應用案例

　　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械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。

　　以超聲波作為檢測手段，必須產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。聲波是物體機械振動狀態的傳播形式。超聲波傳感器是用來測量物體的距離。首先，超聲波傳感器會發射一組高頻聲波，般為４０－４５ＫＨｚ，當聲波遇到物體后，就會被反彈回，并被接受到。通過計算聲波從發射到返回的時間，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射裝置發出超聲波，它的根據是接收器接到超聲波時的時間差，與雷達測距原理相似。超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時，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時。

　?。ǔ暡ㄔ诳諝庵械膫鞑ニ俣葹?40m/s，根據計時器記錄的時間t（秒），就可以計算出發射點距障礙物的距離(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。它有許多不同的結構，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，因此每個探頭的性能是不同的，使用前必須預先了解它的性能。

　　五、超聲波傳感器的主要性能和特性：

　?。ǎ保┕ぷ黝l率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當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

　?。ǎ玻┕ぷ鳒囟?。由于壓電材料的居里點一般比較高，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。醫療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設備

　?。ǎ常╈`敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數大，靈敏度高：反之，靈敏度低

　　超聲波傳感器就好比一個喇叭，能將電流信號轉換成高頻聲波，或者將聲波轉換成電信號。（其實多數喇叭都可以當作話筒用，不信大家可以去試一下，用喇叭代替麥克風，也是可以的，只不過麥克風將聲波轉化成電信號的能力比較強一點。所以，更加靈敏一點。）

　　六、超聲波傳感器的應用案例：

　　1、超聲波傳感器焊接的應用

　　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應用

　　交警用超聲波多普勒車速測量儀可以根據超聲波的多普勒效應,測量出汽車的行駛速度。

　　3、超聲波傳感器倒車雷的應用

　　倒車雷達全稱叫“倒車防撞雷達”,也叫“泊車輔助裝置”,是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置,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。