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1、超声波传感器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 振动频率咼于声波的机械波，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。以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。以超声波作为检测手段，必须产
2、生超声波和接收超声波。完成这种功 能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。超声波探头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。组成部分超声波探头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
3、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。性能指标超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压超声波传感器电晶片。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，我们使用前必须预先了解它的性 能。超声波传感器的主要性能指标包括：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，灵敏度也最咼。工作温度由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用超声波传感
4、器功率较小，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。1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。主要应用超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其超声波传感器最主要的应用之一，下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。超声 波在医学上的应用主要是诊断疾病，它已经成为了临床医学中不可缺少的 诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、 显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作者和患者的 欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的 一种所谓的
5、A型方法。这个方法是利用超声波的反射。当超声波在人体组 织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。 每遇到一个反射面时，回声在示波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻 抗差值也决定了回声的振幅的高低。在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两 种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传 感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在 不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的超声波传感器应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能 化、高灵敏度的超声波传感器。超声波距离传感器技术应
6、用超声波对液体、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。超声波距离传感器可以广泛应用在物位（液位）监测，机器人防撞， 各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域，工作可靠，安装方便，防水型，发射夹角较小,灵敏度高，方便与工业显示仪表连接，也提供发射夹角较大的探头。工作原理人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ4 * rRijWI.J-i斗超声波传感器范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为
7、次声波。常用的超声波 频率为几十KHZ-几十MHZ。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横 波）及纵和振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以 在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有 折射和反射 现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一 般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快， 而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。利用超声波的特性，可做 成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并 在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。超声波传感器主要材料有 压电晶体（电致伸缩）及
8、镍铁铝合金（磁致 伸缩）两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT ）等。压电晶体组成的超声 波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波， 同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收 器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传 感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为 23-25KHZ及40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥超声波传感器控、防盗等用途。该种有T/R-40-60 , T/R-40-12等（其中T表示发送，R 表示接收，40表示频率为40KHZ，16及12表示其外径尺寸，以 毫米计）。 另有一种
9、密封式超声波传感器（MA40EI型）。它的特点是具有防水作用（但 不能放入水中），可以作料位及接近开关用，它的性能较好。超声波应用 有三种基本类型，透射型用于遥控器，防盗报警器、自动门、接近开关等； 分离式反射型用于测距、液位或料位；反射型用于材料探伤、测厚等。由发送传感器（或称波发送器）、接收传感器（或称波接收器）、控制部 分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并 向空中辐射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接 收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而 对发送
10、的超进行检测而实际使用中，用发送传感器的陶瓷振子的也可以用 做接收器传感器社的 陶瓷振子。控制部分主要对发送器发出的 脉冲链频率、 占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。工作程式若对发送传感器内谐振频率为40KHz的压电陶瓷片（双晶振子超声波传感器）施加40KHz高频电压，则压电陶瓷片就根据所加高频电压极性伸长与缩短， 于是发送40KHz频率的超声波，其超声波以疏密形式传播（疏密程度可由控 制电路调制），并传给波接收器。接收器是利用 压力传感器所采用的压电效 应的原理，即在压电元件上施加压力，使压电元件发生应变，则产生一面 为“+ ”极，另一面为“-”极的40KHz正弦电压。因该高频电压
11、幅值较小， 故必须进行放大。超声波传感器使得驾驶员可以安全地倒车，其原理是利用探测倒车路径上或附近存在的任何障碍物，并及时发出警告。所设计的 检测系统可以同时提供声光并茂的听觉和视觉警告，其警告表示是探测到 了在盲区内障碍物的距离和方向。这样，在狭窄的地方不管是泊车还是开车，借助倒车障碍报警检测系统，驾驶员 心理压力就会减少，并可以游刃 有余地采取必要的动作。系统构成由发送传感器（或称波发送器）、接收传感器（或称波接收器）、 控制部超声波传感器分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量 并向空中辐射；而接收
12、传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器 接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从 而对发送的超进行检测而实际使用中，用发送传感器的陶瓷振子的也可 以用做接收器传感器社的陶瓷振子。控制部分主要对发送器发出的脉冲链 频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。超声波传感器电 源（或称信号源）可用DC12V 土 10 %或 24V 土 10 %。工作模式超声波传感器利用声波介质对被检测物进行非接触式无磨损的检测超声波传感器。超声波传感器对透明或有色物体， 金属或非金属物体，固体、液体、粉 状物质均能检测。其检测性能几乎不受任何环境条件的影响，包括烟尘环 境和雨天。
13、检测模式超声波传感器主要采用直接反射式的检测模式。位于传感器前面的被 检测物通过将发射的声波部分地发射回传感器的接收器，从而使传感器检 测到被测物。还有部分超声波传感器采用对射式的检测模式。一套对射式超声波传 感器包括一个发射器和一个接收器，两者之间持续保持“收听”。位于接 收器和发射器之间的被检测物将会阻断接收器接收发射的声波，从而传感 器将产生开关信号。检测范围和声波发射角超声波传感器的检测范围取决于其使用的波长和频率。波长越长，超声波传感器频率越小，检测距离越大，如具有毫米级波长的紧凑型传感器的检测范围 为300500mm波长大于5mm的传感器检测范围可达8m。一些传感器具有较 窄的6&
14、ordm;声波发射角，因而更适合精确检测相对较小的物体。另一些声 波发射角在12º至15º的传感器能够检测具有较大倾角的物体。 此外，我们还有外置探头型的超声波传感器，相应的电子线路位于常规传 感器外壳内。这种结构更适合检测安装空间有限的场合。传感器调节几乎所有的超声波传感器都能对开关输出的近点和远点或是测量范围 进行调节。在设定范围外的物体可以被检测到，但是不会触发输出状态的 改变。一些传感器具有不同的调节参数，如传感器的响应时间、回波损失性能，以及传感器与泵设备连接使用时对工作方向的设定调节等。重复精度波长等因素会影响超声波传感器的精度，其中最主要的影响因素是随 温度U
15、12 U18 U14 U20 U30 USD系列超声波传感器变化的声波速度，因而许多超声波传感器具有温度补偿的特性。该特性能 使模拟量输出型的超声波传感器在一个宽温度范围内获得高达0.6mm的重复精度。输出功能所有系列的超声波传感器都有开关量输出型产品。一些产品还有 2路 开关量输出（如最小和最大液位控制）。大多数产品系列都能提供具有模 拟量电流或是模拟电压输出的产品。噪声抑制金属敲击声、轰鸣声等噪声不会影响超声波传感器的参数赋值，这主 要是由于频率范围的优选和已获专利的噪声抑制电路。同步功能超声波传感器的同步功能可防 干扰。他们通过将各自的同步线进喧声波传感器130丢列超声波传感器行简单的连接来实现同步功能。它们同时发射声波脉冲，象单个传感器 样工作，同时具有扩展的检测角度。传感器交替性工作超声波传感器超长扫描型以交替方式工作的超声波传感器彼此间是相互独立的，不会相互影响。 以交替方式工作的传感器越多，响应的开关频率越低。检测条件超声波传感器特别适合在“空气”这种介质中工作。这种传感器也能 在其它气体介质中工作，但需要进行灵敏度的调节。盲区直接反射式超声波传感器不能可靠检测位于超声波换能器前段的部分 物体。由此
