什么是超聲波傳感器?超聲波傳感器是將超聲波信號轉換成其它能量信號(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。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。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。超聲波傳感器廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。

超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，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。 數(shù)年前，在傳感器技術領域，超聲波傳感器一直是備用的選擇。 新技術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能力，這些新增強的特性拓展了新的應用領域，完全超越了傳統(tǒng)的超聲波傳感器的應用。

超聲波傳感器的原理及性能指標

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(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。

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(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。

因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。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行感應的，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定來擁有近距離和遠距離兩種設定，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立的發(fā)射器和接收器，當檢測緩慢移動的物體， 或者需要快速響應或者在潮濕環(huán)境中應用時，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，直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，我們使用前必須預先了解它的性能。

超聲波傳感器的主要性能指標包括：

(1)工作頻率

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。

(2)工作溫度

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(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設備。

(3)靈敏度

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

超聲波傳感器的典型性應用

不管你的任務是在物流行業(yè)，工程機械，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用需求提供解決方案。請看以下9種綜合應用實例，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)生機械尺寸的交替變化即機械振動，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，其結構形狀有矩形、窗形等。

磁致伸縮式超聲波接收器的原理是：當超聲波作用在磁致伸縮材料上時，引起材料伸縮，從而導致它的內(nèi)部磁場( 即導磁特性)發(fā)生改變。根據(jù)電磁感應，磁致伸縮材料上所繞的線圈里便獲得感應電動勢。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，從而導致傳感范圍大大縮小。

探測物體的特點

使用超聲波傳感器探測的理想物體應體積大、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，因為泡沫會使聲音的傳播方向發(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：傳感器測量結果與實際值之間的誤差。

反射面積：傳感器所能感知到的目標反射面積大小。

工作頻率：超聲波傳感器所使用的頻率。

響應時間：傳感器從發(fā)送信號到接收到回波并計算出測量結果所需的時間。

環(huán)境適應性：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：傳感器與其他設備的通信接口和輸出格式。