第十章第二节超声波传感器
超声波传感器课件
数据处理与分析
使用相关软件对采集 到的数据进行处理和 分析。
数据处理与分析
数据清洗
去除异常值和噪声，确 保数据质量。
数据转换
将原始数据转换为更易 于分析的格式或图表。
数据分析
根据实验目的，对数据 进行统计分析或趋势分
析。
结果解释与结论
根据分析结果，得出结 论并解释实验现象。
06
问题与解答
常见问题及解决方案
02
03
04
工业自动化
用于检测生产线上的物体位置 和距离，实现自动化控制和定
位。
机器人技术
用于机器人导航、避障和定位 ，提高机器人的智能和自主性
。
医疗诊断
用于检测人体内部器官和病变 ，如超声成像和胎儿监测。
环境ห้องสมุดไป่ตู้测
用于检测空气污染、水质污染 等环境问题，实现环境监测和
保护。
02
超声波传感器的设计与制 造
气体检测
超声波传感器能够检测空气中的有害气体和粉尘，如一氧化碳、二氧化硫、PM2.5等。这对于保障公共安全和预 防环境污染具有重要意义。
工业自动化与智能制造
机器人定位
在工业自动化生产线上，超声波传感器常用于机器人的定位和避障。通过向目标物体发射超声波并接 收回声信号，机器人可以精确地判断出目标物体的距离和位置，从而实现高效、精准的操作。
VS
新工艺
新型工艺如纳米压印、光刻技术等在超声 波传感器的制造中得到应用，这些新工艺 能够实现更精细的加工和更高的集成度， 提高传感器的分辨率和响应速度。
多功能化与集成化的发展
多功能化
超声波传感器正朝着多功能化的方向发展， 除了基本的检测功能外，还集成了温度、湿 度、压力等多种传感器，实现多参数的检测 和监控。
超声波传感器测距原理
超声波传感器测距原理超声波传感器是一种常用的测距装置，它利用超声波在空气中的传播速度来测量距离。
超声波传感器主要由发射器、接收器和控制电路组成。
当发射器发出超声波脉冲时，这些超声波脉冲会在空气中传播，当遇到障碍物时会被反射回来，接收器接收到这些反射波并将其转换为电信号，控制电路再根据接收到的信号来计算出距离。
超声波传感器测距的原理主要是利用超声波在空气中的传播速度来计算出距离。
在空气中，超声波的传播速度大约为340m/s，因此可以通过测量超声波从发射到接收的时间来计算出距离。
当发射器发出超声波脉冲后，经过一段时间后接收器才能接收到反射回来的超声波，根据发射和接收的时间差，可以通过简单的计算得出距离。
超声波传感器测距的原理非常简单，但是在实际应用中需要考虑一些因素。
首先，超声波在空气中的传播速度会受到温度、湿度等环境因素的影响，因此在测距时需要对这些因素进行修正。
其次，超声波在传播过程中会受到障碍物的影响，如果遇到多个障碍物，可能会出现多次反射，这时需要对接收到的信号进行处理，以准确计算出距离。
除了以上因素外，超声波传感器测距还需要考虑到超声波的发射角度和接收角度。
发射器和接收器的位置和角度会影响到超声波的传播路径，因此需要对超声波的传播路径进行精确的控制，以确保测距的准确性。
总的来说，超声波传感器测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度来计算出距离，通过测量超声波的发射和接收时间差来实现测距。
在实际应用中，需要考虑到环境因素、障碍物的影响以及发射接收角度等因素，以确保测距的准确性和稳定性。
超声波传感器在工业自动化、机器人、车辆等领域有着广泛的应用，其测距原理的稳定性和准确性对于实际应用具有重要意义。
超声波的传感器原理
超声波的传感器原理超声波传感器是一种利用超声波来测量距离、识别物体等的传感器。
它利用声波在介质中的传播和反射的原理来实现测距或者物体检测的功能。
以下是超声波传感器的原理详解。
超声波传感器主要由发射器和接收器组成。
发射器会发出一些特定频率的超声波，这些超声波在发出后会以声速在空气或其他介质中传播。
传播的超声波会遇到障碍物或被探测物体表面反射回来。
当传播的超声波遇到物体时，部分超声波会被物体吸收，部分会被物体表面反射回来。
超声波传感器的接收器会接收到这些反射回来的超声波，并将其转化成电信号。
接收到的电信号会被处理电路进行分析，根据信号的强度和时间来计算出物体与传感器之间的距离。
计算的方法一般采用声波传播时间与声波传播速度的乘积，也就是距离等于速度乘以时间。
传感器的工作原理可以通过以下步骤来说明：1. 发射器发出一束超声波信号。
2. 超声波信号在空气或其他介质中传播。
3. 当超声波信号遇到物体时，一部分被吸收，一部分被物体表面反射。
4. 接收器接收到反射回来的超声波信号，并将其转换成电信号。
5. 处理电路分析电信号，计算物体与传感器之间的距离。
超声波传感器的原理有以下几个特点：1. 无需光线：超声波传感器不依赖于光线，可以在暗无天日的环境中工作。
这使得它在一些特殊应用场景中特别有用，比如在黑暗的房间或夜间使用。
2. 响应速度快：超声波传感器的工作原理基于声速传播的物理规律，所以在响应速度上非常快。
它可以在毫秒级别内测量到物体与传感器之间的距离。
3. 非接触：超声波传感器的发射和接收过程都是非接触的，不会对被检测物体造成任何损害，因此适用于对物体进行距离测量和物体检测。
4. 测量范围广：超声波传感器可以测量的范围较大，一般在几厘米到几米之间。
这使它适用于不同尺寸的物体测量和障碍物检测。
需要注意的是，超声波传感器的精度和测距范围受多种因素影响，比如超声波的频率、功率、接收器的灵敏度等。
在实际应用中，应根据具体需求选择合适的超声波传感器，并根据实际情况进行调试和优化。
超声波传感器讲解课件
声脉冲在被测件中所经历的来回距离，再除
以2，就得到厚度 ：
1 ct
2
7 - 5
6、超声波探伤的原理
• 用纵波可探测金属存在的夹杂物、裂缝、 缩管、白点、分层等缺陷；用横波可探 测管材中的周向和轴向裂缝、划伤、焊 缝中的气孔、夹渣、裂缝、未焊透等缺 陷；用表面波可探测形状简单的铸件上 的表面缺陷；用板波可探测薄板中的缺 陷。
回声必须与原声间隔0.1秒以上，即在空 气中，障碍物离声源必须大于等于17米， 人耳才能分辨出回声。
2、什么是超声波单晶探头、 双晶探头、斜探头？用途？
• 单晶就是收发公用一个陶瓷片。双晶：收发陶 瓷片分开。斜探头是陶瓷片和辐射面成一倾 角。
• 用途:单晶用于检测表面粗糙的工件 。 • 双晶头用于表面缺陷的探测 • 斜探头用于检测直声束无法到达的部位、或者
5
（1）线聚焦探头， • （2）双晶探头， • （3）双晶探头、根据模拟量大小进行检
测 • （4）单晶探头、根据声波往返时间检测
超声波测厚
双晶直探头中的压电晶片发射超声振动 脉冲，超声脉冲到达试件底面时，被反射回 来，并被另一只压电晶片所接收。只要测出 从发射超声波脉冲到接收超声波脉冲所需的
缺陷的方向与检测面之间存在夹角的区域。
3、原理
• 一个探头发射信号穿过管壁、介质、另 一侧管壁后，被另一个探头接收到，同 时，第二个探头同样发射信号被第一个 探头接收到，由于受到介质流速的影响， 二者存在时间差Δt，根据推算可以得出 流速V和时间差Δt之间的换算关系 V=(C2/2L)×Δt，进而可以得到流量值 Q
• 当流体静止时，声速为c。当流体速度 为 v时，顺流的声速为c+v，传播时间为 t1；逆流的声速为 c-v，传播时间为t2。
超声波传感器名词解释
超声波传感器名词解释
超声波传感器是一种利用超声波技术来探测距离和物体位置的
电子设备。
超声波传感器通过发射超声波，并根据接收到的反射信号来确定物体的位置和距离。
它们通常由一个发射器和一个接收器组成，并使用一组微控制器来处理和分析信号。
超声波传感器被广泛应用于许多不同的领域，包括汽车制造、机器人技术、医疗设备和安防系统等。
例如，在汽车制造中，超声波传感器可以用来检测车辆周围的障碍物，从而帮助司机避免碰撞。
在机器人技术中，超声波传感器可用于测量机器人周围的物体距离和位置，以便机器人能够避开障碍物。
在医疗设备中，超声波传感器可用于测量人体内部器官的位置和大小，以帮助医生进行诊断和治疗。
在安防系统中，超声波传感器可用于检测入侵者的位置和活动，并触发安全警报。
总之，超声波传感器是一种非常有用的技术，可以在许多不同的应用中发挥作用，为我们的日常生活带来更多的便利和安全。
- 1 -。
超声波传感器的基本原理
超声波传感器的基本原理
超声波传感器是一种常见的检测装置，通过发射和接收超声波来实现物体的测距、测速等功能。
其基本原理是利用超声波在空气或介质中传播的特性进行测量。
超声波传感器的工作原理主要分为发射和接收两个过程。
首先，在发射过程中，传感器会产生一定频率的超声波信号，通常是通过振荡器将电能转换为机械振动。
然后，这种机械振动会被转换为超声波能量，从而通过传感器的发射器被释放到周围的空气或介质中。
接下来是接收过程。
当发射的超声波遇到物体或界面时，会发生声波的反射、散射或透射。
传感器的接收器会接收到这些反射或回波，并将其转换为电信号。
接收器通常包含一个能够将声波能量转换为电能的压电元件。
根据超声波的传播时间和速度，可以计算出物体与传感器之间的距离。
当超声波传感器应用于测距时，它能够发送一个脉冲信号，并测量该信号被反射回来所需的时间。
根据声速和时间间隔，可以利用速度等式计算出距离。
这种测距原理在很多领域中都被广泛应用，例如智能车辆的避障、工业自动化中的物体检测等。
此外，超声波传感器还可以通过测量超声波的频率变化来实现速度测量。
当物体以不同的速度靠近或远离传感器时，反射回来的超声波频率也会有所变化。
通过测量这种频率变化，我们可以推算出物体的运动速度。
综上所述，超声波传感器的基本原理是利用超声波在空气或介质中的传播特性进行测量。
通过发射和接收超声波来实现测距、测速等功能，为很多领域的应用提供了非接触、高精度、可靠的测量方案。
第10讲第二讲超声波传感器
（340m/s），就是超声脉冲在被测距离所经历 的路程，除以2就得到距离。
4. 超声波测厚
双晶直探头中的压电晶片发射超声
振动脉冲，超声脉冲到达试件底面时，
被反射回来，并被另一只压电晶片所接
收。只要测出从发射超声波脉冲到接收
超声波脉冲所需的时间t，再乘以被测体
的声速常数c，就是超声脉冲在被测件中
一、超声波的基本特性
次 声波
声波
音乐 语言
超 声波
微波
0.2 5×1 06
20 ×106
探测
101 102
103
104
105
106
超声波的频率界限图
107 f / H z
1. 超声波的传播速度
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是 由与介质相接触的振荡源所引起的。
超声波与其它声波一样，其传播速度与介质密 度和弹性特性有关。
入 射波
反 射波
超声波的反射系数和透射系数
介 质1 介 质2
′
o
折 射波
超声波的反射和折射示意图
2
R
Ir I0
c os
cos
2c2 1c1
T
It I0
41c1 2c2 cos2 (1c1 cos 2c2 )2
ρ1c1、ρ2c2——分别为两介质的声阻抗，其中 c1和c2分别为反射波和折射波的速度。
超声波测厚
石料测厚
超声波手持式测厚
木材测厚
波测厚探头
双晶超声波测厚探头（续）
5.超声防盗报警器
图中的上半部分为发射电路，下面为接收电路。 发射器发射出频率 f=40kHz左右的超声波。如果有人 进入信号的有效区域，相对速度为 v，从人体反射回 接收器的超声波将由于多普勒效应，而发生频率偏移 f。
超声波传感器工作原理
超声波传感器工作原理
超声波传感器的工作原理主要基于超声波的发射和接收。
它由发射器和接收器
两部分组成，发射器发出超声波脉冲，然后接收器接收被测物体反射回来的超声波，并计算出被测物体与传感器之间的距离。
超声波传感器的工作原理可以简单概括为发射-接收-计算-输出的过程。
首先，超声波传感器通过发射器发出一定频率的超声波脉冲。
这些超声波脉冲
在空气中传播，当遇到物体时会被反射回来。
接收器接收到被测物体反射回来的超声波，并记录下超声波的传播时间。
根据声速和传播时间的关系，可以计算出被测物体与传感器之间的距离。
超声波传感器的工作原理基于声波在空气中传播的特性。
声波在空气中传播的
速度是一个常数，约为340米/秒。
因此，通过测量超声波从发射到接收的时间，
可以计算出被测物体与传感器之间的距离。
这种测距原理简单而有效，使得超声波传感器成为测距和障碍物检测的理想选择。
除了测距外，超声波传感器还可以实现障碍物检测。
当有物体遮挡超声波的传
播路径时，接收器接收到的超声波信号会发生改变，从而可以判断出是否有障碍物存在。
这种障碍物检测的原理也是基于超声波的发射和接收，通过检测超声波的反射情况来判断是否有障碍物存在。
总的来说，超声波传感器的工作原理是基于超声波的发射和接收，利用声波在
空气中传播的特性实现距离测量和障碍物检测。
这种工作原理简单而有效，使得超声波传感器在各种领域得到广泛应用。
希望本文能够帮助读者更好地理解超声波传感器的工作原理，为相关领域的应用提供帮助。
超声波传感器-PPT课件.ppt
原理简述
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。
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。
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。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
压电式超声波接收器是有时就用同一个换能兼做发生和 接受器两种用途。
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
压电陶瓷芯片
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
超 声 波 流 量 计 现 场 使 用
石料测量
在日常生活中，随处都可以看到浪费 粮食的 现象。 也许你 并未意 识到自 己在浪 费，也 许你认 为浪费 这一点 点算不 了什么
超声波传感器概述
超声波传感器概述超声波传感器通常由超声波发射器和接收器组成。
发射器将电信号转换为超声波，并将其发射到目标物体上。
当超声波与目标物体接触时，一部分超声波会被目标物体反射回传感器，接收器会将接收到的超声波信号转换为电信号。
根据发送超声波和接收超声波之间的时间差，我们可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
超声波传感器的工作原理是利用声音在空气中传播的特性。
超声波的频率一般在20kHz到200kHz之间，超出了人耳的听觉范围。
超声波传感器具有高频率、短波长和强直线传播等特点，因此具有较高的测距精度和较远的测距范围。
超声波传感器的应用领域非常广泛。
在工业领域，超声波传感器可以用来测量物体的距离和位置，用于自动化装配、机械控制、仓储物流等方面。
在智能家居领域，超声波传感器可以用来检测人体、宠物等物体的位置和移动，用于智能安防、智能照明等应用。
在机器人领域，超声波传感器可以用来检测障碍物、墙壁等物体的距离，用于机器人导航、避障等方面。
超声波传感器的优点主要有以下几个方面。
首先，它是一种非接触式传感器，不需要与目标物体接触，避免了材料磨损和污染的问题。
其次，超声波传感器具有较高的测距精度和较远的测距范围，可以满足不同应用场景的需求。
再次，超声波传感器对于目标物体的形状、颜色等特征几乎没有要求，适用于多种物体的检测。
此外，超声波传感器体积小巧、功耗低，易于集成到各种设备中。
然而，超声波传感器也存在一些局限性。
首先，超声波传感器对于目标物体的表面材料有一定要求，例如吸声材料会减弱超声波的反射信号，造成测量误差。
其次，超声波传感器受到环境因素的影响较大，例如温度、湿度等变化会对传感器的测量结果产生影响。
总的来说，超声波传感器是一种常见且功能强大的传感器技术，被广泛应用于不同领域和场景中。
随着技术的不断进步，超声波传感器的测量精度、测量范围和适应性将进一步提高，为各个领域的应用带来更多可能性。
第10章-超声波传感器ppt课件
热探测器 热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器
的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理 参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所 吸收的红外辐射。
特点：热探测器主要优点是响应波段宽， 响应范围可扩展 到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方便， 应用相当广 泛。
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超声波马达 超声波马达(UltraSonic Motor)的简称是：USM，最
早应用于照相机上是Canon EF系列镜头。现在，很多 数码相机或摄像机镜头用超声波马达进行对焦。 原理：利用超声波振动能量变换成转动能量的来工作 的。 超声波马达分环形和 微型超声波马达两种。
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超声波传感器应用举例（续）
D
t2
cos c v sin
t t2 t1
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超声波流量传感器具有不阻碍流体流动的特点，可测的 流体种类很多，不论是非导电的流体、 高粘度的流体，还是 浆状流体， 只要能传输超声波的流体都可以进行测量。 超声 波流量计可用来对自来水、工业用水、 农业用水等进行测量。 还适用于下水道、 农业灌渠、河流等流速的测量。
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图10-14 声波的频率范围图
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声波的分类 1.次声波
次声波是频率低于20赫兹的声波，人耳听不到，但可与 人体器官发生共振，7~8Hz的次声波会引起人的恐怖感，动作 不协调，甚至导致心脏停止跳动。
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2.可闻声波
美妙的音乐可使人陶醉。
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3.超声波
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蝙蝠依靠超声波捕食
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超声波与可闻声波不同， 它可以被聚焦，具有能量集中
传感器分类：单换能器和双换能器。
单换能器的传感器发射 和接收超声波使用同一 个换能器。
超声波的传感器原理
超声波的传感器原理超声波是一种高频声波，具有在空气中传播迅速、穿透性强等特点，因此被广泛应用于传感技术中。
超声波传感器是一种通过测量声波在空气中传播时间来实现测量距离、检测物体存在等功能的设备。
本文将介绍超声波传感器的原理及其应用。
一、原理概述超声波传感器主要由发射器、接收器和控制电路组成。
发射器通过准确控制电压信号，将电能转化为超声波能量，向空气中发射超声波。
超声波经过空气传播后，遇到目标物体时，一部分声波被目标物体吸收，另一部分被目标物体反射回来。
接收器感知到反射回来的声波，将其转化为电能信号传回控制电路。
二、发射器发射器是超声波传感器中的重要组成部分。
它通常由压电晶体材料构成，当施加电压时，压电晶体会发生形变，产生机械振动。
随着振动的传播，超声波形成并向外传播。
发射器的产生的超声波频率通常在20kHz到200kHz之间，具体频率根据传感器的应用需求而定。
三、接收器接收器接收到从目标物体反射回来的声波，并将其转化为电信号。
接收器通常由压电晶体材料构成，与发射器相似。
当接收到声波时，压电晶体会发生形变，产生电能信号。
接收器将电信号传回控制电路进行处理。
四、控制电路控制电路是超声波传感器的核心部分，用于控制发射器和接收器的工作以及处理接收到的电信号。
控制电路中包含脉冲发生器，用于控制超声波的发射频率和发射的脉冲宽度。
同时，控制电路还包括计时电路，用于测量超声波的传播时间以及计算距离。
五、工作原理超声波传感器的工作原理基于声波在空气中传播的速度恒定。
当超声波发射器发出声波后，它会在空气中以恒定速度传播，遇到目标物体后部分声波会被吸收，而另一部分声波会被目标物体反射回来。
接收器接收到反射回来的声波后，控制电路会记录下发射到接收的时间间隔，并通过时间间隔与声波在空气中传播的速度计算出目标物体与传感器的距离。
通常情况下，声波在空气中的传播速度约为343米/秒，根据测得的时间间隔可以通过简单的数学计算得出距离。
超声波传感器原理图
超声波传感器原理图超声波传感器是一种利用超声波进行测距和探测的传感器，它广泛应用于工业、汽车、机器人等领域。
超声波传感器原理图是超声波传感器的工作原理的图示，通过它可以清晰地了解超声波传感器的结构和工作原理。
超声波传感器主要由超声波发射器、超声波接收器、控制电路和显示装置等部分组成。
超声波发射器负责产生超声波信号，它将电能转换为声能，发射出去的超声波信号经过目标物体后被反射回来。
超声波接收器接收到反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。
控制电路对接收到的电信号进行处理，计算出目标物体与传感器之间的距离，并通过显示装置显示出来。
超声波传感器原理图中，超声波发射器和超声波接收器通常被标注为两个不同的模块，它们之间通过一定的连接方式相互关联。
控制电路则被标注为另一个模块，它与超声波发射器和超声波接收器相连，起着控制和处理信号的作用。
整个超声波传感器原理图清晰地展示了超声波传感器的结构和各部分之间的连接方式，使人们能够直观地了解超声波传感器的工作原理。
超声波传感器原理图的制作需要对超声波传感器的结构和工作原理有深入的理解，以及对电路图的绘制能力。
在绘制原理图时，需要准确地标注各个部分的名称和连接方式，保证图示的准确性和清晰度。
同时，为了使原理图更加生动和直观，可以采用不同的颜色和线条粗细来突出重点部分，使整个原理图更加易于理解。
总的来说，超声波传感器原理图是超声波传感器工作原理的图示，它清晰地展示了超声波传感器的结构和各部分之间的连接方式，对于理解超声波传感器的工作原理起着重要的作用。
制作超声波传感器原理图需要对超声波传感器有深入的理解和对电路图的绘制能力，同时也需要注意图示的准确性和清晰度，使其更加生动和直观。
超声波传感器原理图的制作对于学习和研究超声波传感器具有重要的意义。
超声波传感器工作原理
超声波传感器工作原理
超声波传感器工作原理是利用超声波在空气中的传播和反射特性来测量距离。
该传感器由发射器和接收器组成。
发射器发出超声波脉冲信号，然后接收器接收到反射回来的超声波信号。
通过测量从发射到接收之间的时间间隔，可以计算出被测物体与传感器的距离。
工作过程可以分为四个主要步骤：发射、传播、反射和接收。
首先，发射器发射出一段超声波脉冲信号。
这个脉冲信号在空气中传播，以声波的形式向各个方向扩散。
然后，当超声波遇到物体时，部分能量会被物体反射回来。
接下来，接收器开始工作。
它会接收到被物体反射回来的超声波信号，并将其转化为电信号。
一旦接收到反射信号，接收器会停止发射新的超声波脉冲。
最后，通过测量从发射到接收之间经过的时间间隔（也称为回波时间），可以计算出被测物体与传感器的距离。
这个计算是基于声波在空气中的传播速度。
因为声波在空气中传播速度是已知的，所以可以通过回波时间乘以声波传播速度来计算距离。
超声波传感器的精度和可靠性较高，被广泛应用于距离测量、障碍物检测和智能机器人等领域。
超声波传感器的工作原理
超声波传感器的工作原理
超声波传感器是一种常见的传感器，它利用超声波的特性来实现测距和检测目标的功能。
它的工作原理主要基于超声波的发射和接收，通过测量超声波的传播时间来计算目标物体与传感器之间的距离。
下面我们将详细介绍超声波传感器的工作原理。
首先，超声波传感器通过发射器发出一束超声波，这些超声波在空气中以声速传播。
当超声波遇到目标物体时，部分超声波会被目标物体反射回来，超声波传感器的接收器接收到这些反射回来的超声波信号。
接着，超声波传感器通过内部的计时器记录超声波发射和接收的时间差，根据声速和时间差可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
这样，超声波传感器就可以实现测距和检测目标的功能。
超声波传感器的工作原理基于声波在空气中传播的特性，它具有测距精度高、反应速度快、不受光线影响等优点，因此在很多领域得到了广泛的应用。
比如在智能车辆中，超声波传感器可以用来避障和测距；在工业自动化中，超声波传感器可以用来检测物体的位置和距离；在家用电器中，超声波传感器可以用来实现手势识别和触摸控制等功能。
总的来说，超声波传感器的工作原理是通过发射和接收超声波来实现测距和检测目标的功能，它在各个领域都有着重要的应用价值。
希望本文对超声波传感器的工作原理有所帮助，谢谢阅读！。
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ρ1c1 >> ρ2c2
故超声波从水介质中传播至水气界面时， 将发生全反射。
(2) 超声波的衰减
声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰 减，其衰减的程度与声波的扩散、散射及吸收等因素有关。其 声压和声强的衰减规律为
Px P0e I x I 0e
ax
2 ax
式中：Px、Ix——距声源x处的声压和声强； x——声波与声源间的距离；
2c2 1c1 2c2 1c1
2
如：在20℃水温时，
水的特性阻抗为
1c1 1.48 106 Kg / m 2 s
空气的特性阻抗为
4 1c1 2c2 T 2 ( 1c1 2c2 )
2 c2 0.000429 10 Kg / m s
喇叭形 超声发生 器
3.超声波多普勒测量车速
多普勒效应
前进方向的 频率升高
如果波源和观察 者之间有相对运动， 那么观察者接收到的 频率和波源的频率就 不相同了，这种现象 叫做多普勒效应。测 出f 就可得到运动速 度。
超声波多普勒测量风速
风
风引起超声波的频率 变大或变小
超声波测距
空气超声探头发射超声脉冲，到达被测物 时，被反射回来，并被另一只空气超声探头所 接收。测出从发射超声波脉冲到接收超声波脉 冲所需的时间t，再乘以空气的声速 （340m/s），就是超声脉冲在被测距离所经历 的路程，除以2就得到距离。
超声波测厚
石料测厚
超声波手持式测厚
木材测厚
混凝土测厚
小提琴 木料测厚
双晶超声波测厚探头
双晶超声波测厚探头（续）
5.超声防盗报警器
图中的上半部分为发射电路，下面为接收电路。 发射器发射出频率 f=40kHz左右的超声波。如果有人 进入信号的有效区域，相对速度为 v，从人体反射回 接收器的超声波将由于多普勒效应，而发生频率偏移 f。
一、超声波的基本特性
次声波 声波 音乐 语言
6 0 .2 5×1 0
超声波
6 2 0×10
微波
探测
1 01
1 02
1 03
1 04
5 10
1 06
1 07
f / Hz
超声波的频率界限图
1. 超声波的传播速度
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它是
由与介质相接触的振荡源所引起的。 超声波与其它声波一样，其传播速度与介质密 度和弹性特性有关。 在液体和气体中,
α——衰减系数，单位为Np/cm（奈培/厘米）。
二、超声波传感器
利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制 的装置可称为超声波换能器、探测器或传感器。 超声波探头按其 工作原理可分为压电
导电螺杆
式、磁致伸缩式、电
磁式等，其中以压电 式最为常用。 压电式
金属壳 接线片
超声波探头常用的材
料是压电晶体和压电 陶瓷。
2
折射波
I t 4 1c1 2c2 cos2 T 2 I 0 ( 1c1 cos 2c2 )
ρ1c1、ρ2c2——分别为两介质的声阻抗，其中 c1和c2分别为反射波和折射波的速度。
超声波的反射和折射示意图
当超声波垂直入射界面，即α=β=0时，则
1 R 1
手持式超声波测厚仪
某超声波测厚仪指标
（参考北京北方大河仪器仪表有限公司资料）
显示方法∶128*32 LCD 点阵液晶显示（带背光） 显示位数：四位 测量范围：0.8~200mm 示值精度：0.1mm 声速范围：1000 ~ 9999m/s 测量周期：2次/秒 自动关机时间：90秒 电源：二节七号（AAA）电 池，可连续工作不少于72小 时 使用温度：-10°C ~ 40°C 存储温度：-20°C ~ 70°C 外形尺寸：108x61x25mm 重量：230g （含电池）
第十章 辐射式传感器
第一节 红外辐射传感器 第二节 超声波传感器
一、 超声波的基本特性 二、 超声波传感器 三、 超声波传感器应用
第三节 核辐射传感器
质量检查
紧固件的安装错误检测
叠放高度测量
物件放置错误检测
透明塑料张力控制
机械手定位
纸卷直径检测
平整度测量
超长距离检测
流水线计数
第二节 超声波传感器
c
a 为绝对压缩系数。
在固体中,
（1）纵波
E cq 细棒
1 2
E cq 2 1
1 2
薄板
1 2
E 1 cq (无限介质） 1 1 2
吸收块
压电晶片 保护膜
图10-8压电式超声波传感器结构
三、 超声波传感器应用
当超声发射器与接收器分别置于被 测物两侧时，这种类型称为透射型。透射 型可用于遥控器、防盗报警器、接近开关 等。超声发射器与接收器置于同侧的属于 反射型，反射型可用于接近开关、测距、 测液位或物位、金属探伤以及测厚等。
1.超声波流量传感器
超声波传感器1 超声波传感器2
L t1 cv L t2 cv
2 Lv t t2 t1 2 2 c v
B1 L
B2
电路
管道
超声波测流量原理图
c v t 2L
2
F1发射的超声波到达 F2的时间较短
超声波传感器2
此时超声波的传输 时间将由下式确定：
D
D t1 cos c v sin D t2 cos c v sin
(2）横波
E cq (无限介质） 2 1
1 2
E
杨氏模量
泊松系数
2.超声波的物理性质
(1) 超声波的反射和折射
入射波 反射波
超声波的反射系数和透射系数
介质1 介质2 o
′
I r cos 2c2 R I 0 cos 1c1
4. 超声波测厚
双晶直探头中的压电晶片发射超声 振动脉冲，超声脉冲到达试件底面时， 被反射回来，并被另一只压电晶片所接 收。只要测出从发射超声波脉冲到接收 超声波脉冲所需的时间t，再乘以被测体 的声速常数c，就是超声脉冲在被测件中 所经历的来回距离，再除以2，就得到厚 1 度 ：
ct
2
7 - 5
h
s
h
(b)
只要测得超声波 脉冲从发射到接收 的时间间隔，便可 以求得待测的物位。
几种超声物位传感器的结构原理示意图 (a) 超声波在液体中传播； (b) 超声波在空气中传播
超声波测量液位和物位原理
在液罐上方安装空气传 导型超声发射器和接收器， 根据超声波的往返时间，就 可测得液体的液面。
超声波测量液位和物位
超声波传感器1
管道
超声波传感器安装位置示意图
F1发射的超声波先到达 T1
发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧
同侧式超声波流量计的使用
（参考北京菲波仪表有限公司资料）
超声波流量计现场使用
2.超声波物位传感器
h s h
2h t c ct h 2
ct s 2
2a (a) 2a
h s2 a2