超声波传感器的工作原理及主要性能指标.docx
超声波传感器的工作原理及主要性能指标目录1 .前言12 .超声波传感器的工作原理22.1.概述2?超声波传感器的测距原理：2?超声波传感器的分类22.3.1.工业探头超声波传感器22.3.2.便携式超声波传感器32.3.3.液位超声波传感器32.3.4.超声波距离传感器32.3.5.医学超声波传感器32.3.6,总结：3?超声波传感器的组成3?超声波传感器的主要性能和特性4?超声波传感器的应用案例55.1.超声波传感器焊接的应用55.2.超声波传感器多普勒效应应用55.3.超声波传感器倒车雷的应用51 .前言超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。超声波传感器工作原理基于超声波在空气、液体或固体中的传播和回波的时间差测量。超声波传感器的工作原理如下：2 .超声波传感器的工作原理2.1. 概述超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波传感器是用来测量物体的距离。首先，超声波传感器会发射一组高频声波，般为4045KHz,当声波遇到物体后，就会被反弹回,并被接受到。通过计算声波从发射到返回的时间，再乘以声波在媒介中的传播速度（344米/秒，空气中）。就可以获得物体相对于传感器的距离值了。超声波传感器的测距原理：超声波测距原理是在超声波发射装置发出超声波，它的根据是接收器接到超声波时的时间差，与雷达测距原理相似。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。（超声波在空气中的传播速度为340ms,根据计时器记录的时间t（秒），就可以计算出发射点距障碍物的距离，即：s=340t2）超声波传感器的分类超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩磁式、电磁式等，其中以压电式为最常见。2.3.1.工业探头超声波传感器工业探头超声波传感器是一种广泛应用于工业领域的传感器，它可用于各种非接触式测量任务。这类传感器的测量范围通常在几厘米到数米之间，可以检测物体的距离、位置和速度等。它常用于材料检测、流量测量、高温应用和难以接触的地方等场景。工业探头超声波传感器有多种型号，如耐高温、miniaturized和水下型等。2.3.2.便携式超声波传感器便携式超声波传感器通常为手持式或可穿戴式设备，适用于多种场景，比如无损检测、汽车维修和建筑测量等。这类传感器便于携带和使用，具有高精度、灵敏度和可靠性等特点。而且，便携式超声波传感器通常可以更加灵活地设置参数，使得测量更加精准。2.3.3.液位超声波传感器液位超声波传感器是一种专门用于液体测量的传感器，其测量范围通常从几厘米到数十米不等。液位传感器可以测量多种液体，包括清水、污水和液化气体等。液位传感器可以应用于不同的行业，如石化、水处理和能源等领域。该传感器的优点在于准确、无污染、易安装等。2.3.4.超声波距离传感器超声波距离传感器具有灵敏度高、范围广等特点，能够对目标物体的距离进行精确的测量。这类传感器尤其适用于物体无法接触或遥远的距离测量，如在机器人控制、防撞检测和自动化设备中常被使用。2.3.5.医学超声波传感器医学超声波传感器是一种特殊的超声波传感器，被广泛应用于医学领域。医学传感器除了具有常规超声波传感器特点外，还有更高的灵敏度和更多的特殊功能。它常被用于细胞和分子水平的研究、射频诊断和医学治疗等。236.总结：以上是几种常见的超声波传感器。每一种传感器都有其自身的优点和缺点,应根据不同的测量需求选择不同的传感器。在使用超声波传感器时，要注意其操作规范和安全性，以确保其测量结果的准确性和可靠性。?.超声波传感器的组成超声波传感器主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，使用前必须预先了解它的性能。发射：传感器发射超声波脉冲信号。传播：超声波在介质中传播，通常是通过空气。接收：超声波遇到障碍物后，一部分波束被物体反射回传感器。时间差测量：传感器测量发射和接收之间的时间差。距离计算：根据声速和时间差，传感器计算出物体与传感器之间的距离。超声波传感器的主要性能指标包括：测距范围：传感器能够测量的最大距离和最小距离。分辨率：传感器能够区分的最小距离差异。精度：传感器测量结果与实际值之间的误差。反射面积：传感器所能感知到的目标反射面积大小。工作频率：超声波传感器所使用的频率。响应时间：传感器从发送信号到接收到回波并计算出测量结果所需的时间。环境适应性：传感器在不同环境条件下的稳定性和可靠性。接口和输出：传感器与其他设备的通信接口和输出格式。这些性能指标决定了超声波传感器的应用范围和可靠性，根据具体的应用需求选择合适的超声波传感器非常重要。?.超声波传感器的主要性能和特性（1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高（2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备（3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高：反之,灵敏度低超声波传感器就好比一个喇叭，能将电流信号转换成高频声波，或者将声波转换成电信号。（其实多数喇叭都可以当作话筒用，不信大家可以去试一下，用喇叭代替麦克风，也是可以的，只不过麦克风将声波转化成电信号的能力比较强一点。所以，更加灵敏一点。）?.超声波传感器的应用案例5.1.超声波传感器焊接的应用压电陶瓷或磁致伸缩材料在高电压窄脉冲作用下，可得到较大功率的超声波，可以被聚焦，能用于集成电路及塑料的焊接。5.2.超声波传感器多普勒效应应用交警用超声波多普勒车速测量仪可以根据超声波的多普勒效应，测量出汽车的行驶速度。5.3.超声波传感器倒车雷的应用倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置，由超声波传感器（俗称探头）、控制器和显示器（或蜂鸣器）等部分组成。能以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷，提高驾驶的安全性。
