超声波及超声波传感器
超声波测量原理及常见超声波传感器布置
超声波测量原理及常见超声波传感器布置超声波技术已在民用、医疗和军事应用中有上百年的历史。
几乎每个人都经历过医疗超声波技术（如B超）。
目前，最新的超声波应用已发展到工业和汽车市场的自动化中。
流量计可用于住宅和工业环境中，包括住宅和工业仪表中的简易功用表（气表、水表、热量计）或危险液体或气体用混合器（石油、采矿、废水处理、油漆、化学品）；见图1和图2。
在结构上，流量计包括三个单元：图1&2：住宅和工业应用中的流量计示例在大部分流量计的设计中，其活动部件都会使用机械感测。
例如，使用这些仪表的寿命普遍较短（不到7年），并且不能检测到低流量或小泄漏。
同时，介质图3：使用LC传感器的旋转式流量计超声波传感避免了上述几个问题。
该传感技术非常精确（超声波仪表没有活动部件，因此无需重新校准。
用于流量测量的超声波频率范围为100kHz至4MHz。
使用一定频率的电脉冲信号激发超声波传感器从而产生相应频率的超声波，并使用同一声波传输路径从两个对立的方向在不同时段发射声波并测量声波传输时间（记为上行传输时间和下行传输时间,TOF,通过计算上下行传输时间的绝对时间差，进而计算出实际流量。
安装在流管内部或外部的一对或多对超声波传感器可以用来测量TOF。
图4所示为简易的超声波测量原理和一些常见的超声波传感器布置扑。
超声波传感器的选择取决于待测流体的介质类型。
通常，待测流体为液体时使用频率大于等于1MHz的超声波传感器，待测流体为气体时使用频率小于等于500kHz的超声波传感器。
图4：超声波测量原理和常见的超声波传感器布置拓扑TOF测量的精确度将直接影响流量计量的分辨率和精度。
TOF通常以皮秒（ps）或纳秒（ns）计量，它的主要参数包括零流量漂移（ZFD）、标准偏差（STD）、最小和最大可检测流量、流量、流速、体积、绝对值（Abs）TOF和Delta（Δ）TOF。
流量表行业标准；最常见的是国际标准化组织（ISO）4064、国际法制计量组织（OIML）R49和欧洲标准（EN）1434。
超声波传感器 回波的作用
超声波传感器回波的作用超声波传感器是一种利用超声波回波进行距离测量的装置。
它通过发射超声波信号，待信号被目标物体反射后再接收回波，通过计算回波的时间差来确定目标物体与传感器的距离。
超声波传感器的回波作用主要体现在以下几个方面：1. 距离测量：超声波传感器可以精确测量目标物体与传感器之间的距离。
当超声波信号发射后，经过一段时间后接收到回波信号，通过计算回波的时间差，即可得知目标物体的距离。
这种距离测量方式非常精确，可以达到毫米级的测量精度，因此在许多领域得到了广泛应用，例如自动驾驶、机器人导航、工业自动化等。
2. 障碍检测：通过分析回波信号的强度和时间差，超声波传感器可以检测到目标物体是否存在以及其位置。
当回波信号的强度较弱或时间差较短时，传感器可以判断目标物体就在传感器前方，从而实现障碍物检测的功能。
这对于避开障碍物、安全驾驶等应用具有重要意义。
3. 测量液位：超声波传感器还可以用于测量液体的液位。
通过将传感器安装在容器的顶部，发射超声波信号穿过液体，当信号被液体表面反射时，传感器可以接收到回波信号。
通过测量回波的时间差，可以计算出液体的高度，从而实现液位的测量。
这种测量方式非常方便快捷，被广泛应用于储罐、水池等场景中。
4. 靶标定位：超声波传感器可以利用回波信号的时间差和强度来定位目标物体。
通过在不同位置上放置多个传感器，可以实现对目标物体的定位。
当目标物体发出超声波信号，并被多个传感器接收到回波信号时，根据回波信号的时间差和强度，可以计算出目标物体相对于传感器的位置，从而实现目标物体的定位。
超声波传感器的回波作用使其在许多领域得到了广泛应用。
它不仅可以实现精确的距离测量，还可以用于障碍检测、液位测量和靶标定位等应用。
随着科技的不断进步，超声波传感器的性能将会不断提升，应用领域也会越来越广泛。
简述超声波传感器的用途
简述超声波传感器的用途
超声波传感器是一种测量距离、速度或声音的传感器，其原理是发出声音波，用另一个传感器接收，以测量声音在空中传播时的时间延迟。
超声波传感器被广泛应用于多个领域，如：
1. 工业自动化：超声波传感器可用于检测设备状态，如空载状态或检测物体或材料的位置和形状。
2. 汽车行业：超声波传感器可用于自动停车系统，保持车距，安全系统等。
3. 运动控制：超声波传感器可用于机器人抓取，检测物料的运动距离，以及对象的定位和跟踪。
4. 安全：超声波传感器可用于检测火灾和烟雾，以及防止过热、过载和漏电等危险情况。
5. 医疗保健：超声波传感器可用于实时监测婴儿的心跳，检测动脉硬化，诊断超声图像和手术定位。
3.超声波传感器
为电信号输出。因此，压电式超声波传感器实质上是一种压电式传
感器。
2.磁致式超声波传感器
磁致式超声波传感器的结构如图所示，主要由铁磁材料和 线圈组成。超声波的发射原理是:把铁磁材料置于交变磁场中， 产生机械振动，发射出超声波。其接收原理是:当超声波作用在 磁致材料上时，使磁致材料振动，引起内部磁场变化，根据电
在选择时，首先应了解测试目的，判断是定性分析还是定量
分析。如果是相对比较性的试验研究，只需获得相对比较值即可， 如果是定量分析，那么必须获得精确量值。 但在某些情况下，要求传感器的精确度愈高愈好。例如，对 现代超精密切削机床，测量其运动部件的定位精度，主轴的回转 运动误差、振动及热形变等时，往往要求它们的测量精确度在
湿度的影响或油剂浸人间隙时，会改变电容器的介质。光电传感 器的感光表面有尘埃或水泡时，会改变感光性质。对于磁电式传
感器或霍尔效应元件等，当在电场、磁场中工作时，亦会带来测
量误差。滑线电阻式传感器表面有灰尘时，将会引入噪声。
其二;要创造或保持一个良好的环境，在要求传感器长期地工
作而不需经常地更换或校准的情况下，应对传感器的稳定性有严
四、稳定性 传感器的稳定性是经过长期使用以后，其输出特性不发生变 化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。
为了保证稳定性，在选择传感器时，一般应注意两个问题。
其一，根据环境条件选择传感器。例如，选择电阻应变式传感 器时，应考虑到湿度会影响其绝缘性，湿度会产生零漂，长期使
用会产生蠕动现象等。又如，对电势输出。
3.超声波传感器的应用
利用超声波反射、折射、衰减等物理性质，可以实现液位、
流量、粘度、厚度、距离以及探伤等参数的测量。所以，超声
波传感器已广泛地应用于工业、农业、轻工业以及医疗等各技 术领域。
车辆传感器基础—超声波传感器
频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。它的指向性很好，
能量集中，因此穿透本领大，能穿透几米厚的钢板，而能量
损失不大。在遇到两种介质的分界面（例如钢板与空气的交
界面）时，能产生明显的反射和折射现象，超声波的频率越
高，其声场指向性就愈好。
一、超声波及其物理性质
超声波种类
纵波
横波
表面波
质点振动方向与波的传播方向一致的波，它能在固体、液体和气
相对于传统概念的武器，次声波武器具有隐蔽性强、传播
速度快、传播距离远、穿透力强、不污染环境和破坏设施
等特点，从而被列为新概念武器家族的重要成员，势必成
为未来战场上的武器新宠。
一、超声波及其物理性质
早在上世纪60年代，发达国家就竞相研究
次声波武器。1972年法国国家实验中心制
成一台强次声发生器，首次试验就使5公里
保护膜
外壳用金属制作，保
护膜用硬度很高的耐
磨材料制作，防止压
电晶片磨损
接插件
二、超声波探头及耦合技术
接触式直探头原理
超声脉冲电压输入端
接地端
二、超声波探头及耦合技术
接触式斜探头
接插件
底部耐磨材料
压电晶片粘贴在与底面成一定角度（如30、45等）的有机玻璃斜楔块上，当斜楔块
与不同材料的被测介质（试件）接触时，超声波将产生一定角度的折射，倾斜入射到
二、超声波探头及耦合技术
超声波的工作原理
压电效应
某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而
变形，内部会产生极化现象，同时在其表面上
产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电
的状态，这种现象称为压电效应。
逆压电效应
在电介质的极化方向上施加交变电场和电压，它
超声波传感器的介绍
超声波传感器的介绍
超声波传感器的介绍
超声波传感器，也称为超声波探测器，是一种利用超声波的特性来测量距离和尺寸的传感器，它通过发射声波来测量物体的距离或尺寸，既可以用于测量固体物体的尺寸，也可以用于测量液体或气体的体积。
一般来说，超声波传感器将其探测范围分为三个不同的类别：室内探测（短程）、中程探测和远程探测。
短程探测距离一般在50cm以内，可以用来测量室内物体的高度或体积；中程探测距离意味着可以用来测量室外物体的高度或体积；而远程探测距离则可以超过数百米，用来测量物体的大小或位置。
由于通过超声波传感器可以检测到物体的尺寸和距离，因此它在工业自动化领域被广泛应用，比如机械组装厂的自动化系统中，可以用于检测零件的尺寸和位置，也可以用于车辆安全驾驶系统，来检测周围环境的距离等。
此外，超声波传感器还常用于现代的助记系统中，用来监控家用电器的用电情况，从而为家庭节能提供帮助。
总的来说，超声波传感器是一种用于测量物体距离、尺寸和体积的灵活高效的设备，在工业自动化、家用电器以及汽车安全等领域都有广泛的应用。
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超声波传感器在医疗诊断中的应用
超声波传感器在医疗诊断中的应用从科技的角度看，现代医学已经有着非常广泛的应用领域，其中一个最为关键的因素便是各种各样的医疗设备。
在这些设备中，超声波传感器可以说是其中最为重要和实用的一个。
在医疗诊断中，超声波传感器的应用非常广泛，从内脏成像到流量测量，它都能够胜任。
本文的主旨便是探究超声波传感器在医疗诊断中的应用情况。
一、超声波传感器是什么？首先，让我们先来了解一下什么是超声波传感器。
超声波传感器是一种可以将声波信号转换成电信号的设备。
具备高响应速度、高精度、小型轻便等特点。
一般而言，超声波的频率在20千赫到1千赫之间。
二、超声波传感器在医疗诊断中的应用1、内脏成像在医疗成像方面，超声波传感器可以用来产生内脏图像。
它非常适合于监测心脏、肝脏、胆囊、肾脏以及妇科等部位的病情。
人体内脏成像是一种无创诊断，而且成本也相对较低，因此受到广泛的应用。
现代的超声技术，还可以通过多普勒成像来感知血流速度等情况，因此，超声波传感器在病情分析和治疗的决策中起到了重要作用。
2、胎儿监测超声波传感器在产科医学方面也极为重要。
通过使用该技术，医师可以对胎儿进行监测，诊断出胎儿的生命体征及胎儿大小，评估是否有异常情况发生。
这种诊断过程非常精密、无创和可靠，非常适合孕妇。
3、心脏成像超声波传感器技术在心血管领域中得到广泛应用。
心血管病是当今最常见的疾病之一，超声波传感器在该领域中起到了至关重要的作用。
超声检查可以帮助检测心脏的大小、外形及结构变化，可评估它们是否存在缩小或增大、心腔内是否有血块和炎症等情况。
4、其他领域的应用除此之外，超声波传感器在医学领域中也有其他广泛的应用。
例如，在物理治疗中，超声波传感器可以用于局部腰痛、肩背痛等病情的治疗；在口腔诊断中，它可以用于检测龋齿和牙周炎等；在麻醉中，它可以用来监测呼吸、心率等生理参数，并保证患者的安全性。
三、超声波传感器的优势超声波传感器作为一种无创式检测技术具有以下的优势：1、无辐射：与常用的X线诊断技术不同，超声检查过程完全无辐射，因此对患者无任何伤害。
超声波传感器及其应用
超声波传感器及其应用
超声波传感器是一种利用超声波进行距离测量和物体检测的无接触式传感器。
它通过
发射超声波脉冲，测量其传播时间，从而计算出目标物体与传感器的距离。
超声波传感器
具有精度高、反应快、安装方便等特点，因此在各行各业都有广泛的应用。
超声波传感器主要应用于以下几个领域：
1.自动测距：超声波传感器可以测量目标物体与传感器之间的距离，精度高达毫米级。
它可以应用于自动化领域，例如机器人导航、自动驾驶车辆的避障等。
2.智能家居：超声波传感器可以用于监测室内环境。
可以用来测量水位，实现自动排
水功能；也可以测量空气质量，实现室内空气净化。
3.安防监控：超声波传感器可以用于建筑物的安防监控。
它可以监测墙壁的振动，检
测是否有人敲击或攀爬，进一步保护建筑物的安全。
4.车辆安全：超声波传感器可以在车辆上安装，用于检测车辆周围的障碍物。
当车辆
靠近障碍物时，传感器会发出警示信号，避免车辆碰撞。
5.无人机：超声波传感器可以用于无人机的高度测量和避障。
通过测量无人机与地面
的距离，实现精准的悬停和自动避障功能。
6.工业自动化：超声波传感器可以用于工业生产线上的物体定位和检测。
可以通过测
量物体与传感器之间的距离，判断物体是否到达正确的位置。
超声波传感器具有广泛的应用前景，可以满足不同行业的需求，提高工作效率和安全性。
随着技术的不断进步，超声波传感器的应用领域还将继续扩大。
超声波传感器的特性专业知识讲座
步骤3：固定发射头与接收头间距为10cm，并将发射头对 准接收头，准备测试接收头接收到同频信号电压。
超声波传感器的特性专业知识讲座
第12页
第1讲 超声波传感器的特性
实训1：超声波传感器特征测试
超声波传感器的特性专业知识讲座
第9页
第1讲 超声波传感器的特性
超声波传感器惯用检测方式
1. 穿透式超声波传感器检测方式
2.
当物体在发射器与接收器之间经过时，检测超声
波束衰减或遮挡情况，从而判断有没有物体经过。这种
检测方式除普通物体外，还能够检测透明体。
2. 反射式超声波传感器检测方式
3.
当发送超声波束碰到被检测物体时，仅检测设定
注意：要求测试每对数据时，要求先用示波器准确调试信 号发生器输出方波信号后，再驱动发射头，测试接收头 产生同频信号电压。
实训作业1：分析30对统计数据，绘制输出~f 关系曲线，得 出超声波传感器幅频特征结论。并确定其中心频率。
超声波传感器的特性专业知识讲座
第14页
第1讲 超声波传感器的特性
实训1：超声波传感器特征测试
距离内物体放射波方式，从而判断在设定距离内有没有
物体经过。
4.
当被检测物体检测面是平面时，可检测透明体。
5.
当被检测物体相对传感器检测面为倾斜时，则有
时不能检测到被测物体。
超声波传感器的特性专业知识讲座
第10页
第1讲 超声波传感器的特性
实训1：超声波传感器特征测试
➢ 实训目标： 1. 掌握超声波测距传感器学会基本测试使用方法。 2. 了解超声波传感器幅频特征，确定其此超声波传感器
超声波传感技术的原理与应用
超声波传感技术的原理与应用超声波（ultrasonic）是指频率高于20kHz的声波。
由于超声波的频率很高，人类耳朵无法听到，而且能穿透许多材料，因此超声波在许多领域得到了广泛的应用，如医疗领域、工业检测、安保领域等。
超声波传感技术基于超声波的特性，可以对物体进行非接触式检测和测量，是一种精度高、适用范围广的测量技术。
本文将从超声波的原理、超声波的传感技术、超声波传感器的构成及其应用等方面进行介绍。
超声波的原理声波是一种机械波，其传播需要介质的支持。
超声波也是一种机械波，但是频率高于人类听到的声波，通常在20kHz到1GHz 之间。
超声波的波长短，能源密度大，能够穿透大多数物质，而且不会引起物体的破坏。
当发射源产生超声波，超声波沿着介质传播，当遇到另一个物体时，超声波会被反射和散射。
当超声波传回无源器件时，无源器件会将信号转化成电信号。
因此，超声波传感技术的核心在于利用超声波的特性传播和反射。
超声波传感技术的基本原理超声波传感技术利用超声波在不同介质中传播的速度和反射特性进行测量。
在传感技术中，通过一个发射器向物体发射超声波，在接收器中测量超声波的反射时间和幅度，从而计算出物体的位置、形状、距离和性质等。
超声波传感技术的应用超声波传感技术是一种非接触式的测量技术，可以对许多材料进行无损检测，如钢材、铸造件、陶瓷等，用于工业领域的材料检测和质量检测。
另外，超声波传感器可以用于安保领域，可以检测出隐蔽在物体内部的物品或携带物，用于空港、港口等安检场所。
在医疗领域，超声波传感技术是常用的技术之一，可以用于检测妊娠情况、乳腺肿瘤、心脏病等。
超声波传感器的构成超声波传感器主要由发射器、接收器、驱动电路和信号处理器等部分组成。
发射器是一个声波发生器，负责产生超声波信号，并将信号发射到物体上。
接收器则是将反射的超声波信号接收回来，并将信号转化成电信号。
驱动电路负责为发射器提供足够的电源能量，使得发射器可以产生足够强度的超声波信号。
超声波传感器的基本工作原理
超声波传感器的基本工作原理一、引言超声波传感器是利用超声波的物理特性进行检测和测量的一种设备。
它在许多领域都有着广泛的应用，如医学影像、工业检测、环境监测等。
了解超声波传感器的基本工作原理，有助于我们更好地理解和应用这种设备。
二、超声波及其特性超声波是指频率高于20000赫兹的声波。
它的波长短，能够产生高频振动，并在介质中传播。
超声波具有方向性、反射性、折射性等特性，这些特性使得超声波传感器能够进行精确的测量和检测。
三、超声波传感器的工作原理1.换能器：超声波传感器的主要部分是换能器，它负责将电信号转换为机械振动，从而产生超声波。
换能器通常由压电陶瓷或其它具有压电效应的材料制成。
2.超声波发射：当换能器接收到电信号时，它会将电信号转换为机械振动，从而产生超声波。
超声波的频率和振幅取决于输入到换能器的电信号。
3.超声波接收：当超声波遇到物体或介质时，会产生反射和折射。
反射回来的超声波被换能器接收，并转换为电信号。
这个电信号的幅度和频率反映了物体的距离、形状、大小等信息。
4.数据处理：接收到的电信号经过放大、滤波等处理后，通过电子设备进行数据分析和处理，从而得到我们需要的信息。
四、应用举例1.医学影像：超声波传感器在医学影像领域有着广泛的应用，如B超、彩超等。
它们利用超声波的反射和折射特性，能够获取人体内部器官的详细信息，为医生的诊断提供重要依据。
2.工业检测：在工业生产中，超声波传感器可以用于检测物体的尺寸、形状、距离等信息。
例如，在汽车制造中，超声波传感器可以用于测量车身的尺寸和位置，确保生产精度。
3.环境监测：超声波传感器还可以用于环境监测，如测量空气中的颗粒物浓度、水质污染等。
通过分析反射回来的超声波信号，我们可以获取关于环境状况的重要信息。
五、结论超声波传感器以其独特的物理特性和广泛的应用领域，在各个领域发挥着重要作用。
通过了解其基本工作原理，我们可以更好地理解其应用场景，进一步发挥其在各个领域中的潜力。
超声波传感器及其应用
超声波传感器及其应用超声波传感器是一种利用超声波进行测距的传感器，其原理类似于蝙蝠通过发出超声波来识别周围环境。
它是一种广泛应用于自动控制、机器人和测量领域的传感器。
本文将介绍超声波传感器的原理、种类和应用。
超声波是一种频率高于人类能听到的声音的机械波，通常频率在20kHz以上。
超声波传感器通过发射超声波并接收反射回来的波来测量物体与传感器之间的距离。
当超声波达到物体表面时，一部分能量会被反射回来，经过传感器接收器感应到回传信号的时间差，计算出物体距离超声波传感器的距离。
市面上的超声波传感器种类较多，可分为以下几种：1. 固定式超声波传感器：用于测量固定物体与参考物之间的距离，例如仓库货物在库存的测量。
2. 双输出超声波传感器：可同时输出测量距离和超声波强度值。
3. 扩散超声波传感器：可以测量物体的形状和轮廓，常用于机器视觉领域。
4. 测量型超声波传感器：用于测量物体的距离和位置，通常应用于障碍物检测或自动停车系统。
超声波传感器有着广泛的应用领域，下面介绍一些主要的应用：1. 障碍物检测超声波传感器可以检测机器人或车辆运动中是否有障碍物，以避免碰撞。
常见应用如汽车倒车雷达和机器人导航。
2. 液位检测超声波传感器可以用于检测液体和固体的液位。
例如，在饮料生产中，超声波传感器可以检测液体在罐中的高度以调整灌装量。
3. 距离测量超声波传感器可测量物体到传感器的距离，可以应用于自动停车系统、自动驾驶车辆和机器人导航等领域。
4. 精确定位超声波传感器可用于确定物体的位置和轮廓，例如在測量物品体积和重量时，通过转换测量距离，计算出物品的体积和重量等。
总结超声波传感器是一种常用的传感器，可以用于测量物体与传感器之间的距离，已广泛应用于自动控制、机器人和测量领域。
各种类型的超声波传感器适用于不同的应用，并且可以为各种应用提供精确定位和准确的测量值。
超声波传感器
超声波传感器超声波传感器是利用超声波的特性，将超声波信号转换成电信号的传感器。
在讲述超声波传感器之前，我们先来了解一下超声波。
声波是一种能在气体、液体、固体中传播的机械波。
声波按频率可分为次声波、声波和超声波。
声波频率在16Hz-20kHz 之间,是能为人耳所闻的机械波；次声波就是频率低于16 Hz 的机械，而波超声波则是频率高于20kHz的机械波。
超声波的特性是频率高、波长短、绕射现象小。
它最显著的特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，穿透本领大，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，因而广泛应用于工业检测中。
超声波的传播速度：超声波通常有纵波、横波及表面波，他们的传播速度，取决于介质的弹性常数及介质密度。
气体和液体中只能传播纵波，气体中声速为344m/s，液体中声速为900-1900m/s。
在固体中，纵波、横波和表面波三者的声速成一定关系。
通常可认为横波声速为纵波声速的一半，表面波声速约为横波声速的90% 。
超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减。
能量的衰减决定于超声波的扩散、散射和吸收。
以超声波作为检测手段，能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。
超声波传感器性能指标超声波传感器的主要性能指标，包括；（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产生失效。
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。
工作原理超声波传感器按其工作原理，可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，以压电式最为常用。
※压电式超声波传感器压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。
超声波传感器及其应用
超声波传感器及其应用超声波传感器是一种基于超声波原理工作的传感器，主要用于测量距离或探测物体的存在。
其工作原理是通过发射超声波信号，并接收反射回来的超声波，根据超声波的传播时间计算出距离或检测到物体的存在与否。
超声波传感器的应用非常广泛，下面将介绍一些常见的应用领域。
1. 距离测量：超声波传感器可以准确测量物体与传感器之间的距离，常见的应用场景有车辆停车辅助系统、机器人导航等。
传感器通过发送超声波信号，并计算信号的往返时间，从而得到物体与传感器的距离。
2. 高度测量：超声波传感器可以用于测量液体或固体的高度。
通过将传感器安装在容器的上方，发射超声波信号并接收反射回来的信号，可以计算出液体或固体的高度。
3. 物体检测：超声波传感器可以用于检测物体是否存在。
当物体靠近传感器时，超声波信号会被物体反射回来，传感器可以根据接收到的信号判断物体的存在与否。
这在许多自动化系统中非常有用，例如自动门、安全系统等。
4. 流量测量：超声波传感器可以用于测量液体或气体的流量。
传感器可以通过测量超声波信号的传播时间来计算流体通过的体积。
这在一些工业生产中非常重要，例如水处理、石油行业等。
5. 温度测量：超声波传感器可以用于测量温度。
通过测量超声波信号在不同温度下的传播速度，可以计算出温度的变化。
这在一些温控系统中非常常见。
6. 非接触式测量：由于超声波传感器无需接触物体即可工作，因此它可以用于一些需要非接触式测量的应用。
通过将传感器安装在机器人手臂上，可以实现对物体的非接触式抓取和操作。
超声波传感器是一种非常重要和常用的传感器，可以用于距离测量、高度测量、物体检测、流量测量、温度测量和非接触式测量等领域。
随着科技的发展，超声波传感器的应用领域还将继续扩大。
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
超声波传感器一、超声波概述声波是物体机械振动状态的传播形式。
超声波是指振动频率大于20000Hz 以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,人们将这种听不见 的声波叫做超声波。
声 波：频率在16~2×104Hz, 能为人耳所闻的机械波;次声波：低于16Hz 的机械波；微 波：频率在3×108~3×1011Hz 之间的波；超声波：高于2×104Hz 的机械波。
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)及纵向振荡(纵波)。
在工业中应用主要采用纵向振荡。
①纵波：质点振动方向与波的传播方向一致的波，能在固体、液体和气体介质中传播；②横波：质点振动方向垂直于传播方向的波，只能在固体介质中传播；③表面波：质点的振动介于横波与纵波之间，沿着介质表面传播，其振幅随深度增加而迅速衰减,且只在固体的表面传播。
超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。
超声波在气体和液体中传播时，由于不存在剪切应力，因此仅有纵波的传播，其传播速度c 为：ρ(介质的密度)、Ba (绝对压缩系数)都是温度的函数使超声波在介质中的传播速度随温度的变化而变化在固体介质中，纵波、横波、表面波三者的声速分别为E — 杨氏模量； μ — 泊松比；G —剪切弹性模量。
波型和声速的关系:固体：横波声速=1/2纵波声速;表面波声速=90%横波声速;气体：纵波声速 = 344m/s ；液体：纵波声速≈ 900～1900m/s另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。
超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。
声波从一种介质传播到另一种介质, 在两个介质的分界面上一部分声波被反射, 另一部分透射过界面, 在另一种介质内部继续传播。
超声波的反射和折射12sin sin c c αβ=介质1的入射波波速介质2的折射波波速波在界面产生折射 波在界面产生反射 'sin sin 入射波波速反射波波速a a =当波在界面处产生折射时，入射角α的正弦与折射角β的正弦之比等于入射波在第一介质中的波速c1与折射波在第二介质中的波速c2之比，即当超声波垂直入射界面，即在α=β=0时，则反射系数和透射系数为若ρ2c2≈ρ1c1，则反射系数R ≈0，透射系数T ≈1，此时声波全部从第一介质透射入第二介质；若ρ2c2>>ρ1c1，反射系数R ≈1，则声波在界面上几乎全反射。
铁道车辆传感器技术—超声波传感器
超声波测距传感器
介绍：这是第三代超声波测距传感器的 发射部分，其主要特点是采用变压器升 压，加在发射头上的电压峰-峰值约 60 - 80V，使得发射功率大大增加（发射时 可听见“啪 啪”声），这样一方面为增加 距离提供可能；另一方面为提高精度打 下基础，因为信号强，使得回波检测更 加可靠。
2. 超声波的波型分类
时间差就可以知道距离了。这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340m/s，根 据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)， 即：s=340t/2）
3. 超声波的传播特性 （1）在两界面处，声波的传输与光传输类似，符合反射定
律和折射定律。 超声波的频率越高，特性越与光波相似。
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)及纵向振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向 振荡。
（2）超声波的衰减 超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。
3. 超声波流量传感器 在被测管道上下游的一定距离上，分别安装两对超声波发射和接
收探头（F1，T1）、（F2，T2）。其中（F1，T1）的超声波是顺流 传播的，而（F2，T2）的超声波是逆流传播的。根据这两束超声波在 液体中传播速度的不同，采用测量两接收探头上超声波传播的时间差t、 相位差φ或频率差f等方法，可测量出流体的平均速度及流量。
脉冲反射法探伤：声波在工件中反射情况的 不同，来探测缺陷的方法。
另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。其 衰减的程度与波的频率和介质密度有关。气体介质密度很小， 且频率较低，一般为几十KHZ，超声波衰减很快，而在液体及 固体中传播，衰减较小，传播较远。故超声波仪表主要用于固 体及液体中。
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1. 超声波物理原理及特性分析；
声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。
所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动形式。
譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。
超声波是指振动频率大于20000Hz以上的，其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的一般上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。
超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动模式，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声波频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。
超声波具有如下特性：
1、超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。
2、超声波可传递很强的能量。
3、超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。
4、超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。
超声波具有的特点：
1、超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。
2、超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。
3、超声与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息（诊断或对传声媒质产生效应）。
超声波是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的载体或媒介（如B
超等用作诊断）；超声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构（用作治疗）。
超声波以直线方式传播，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强，为此，利用超声波的这种性质就可制成超声波传感器。
另外，超声波在空气中传播速度较慢，为340m/s，这就使得超声波使用变得非常简单。
2. 超声波电声转换器工作原理及性能分析；
为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。
总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。
电气方式包括电压型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。
它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。
目前较为常用的是压电式超声波发生器。
压电效应有逆效应和顺效应，超声波传感器是可逆元件，超声波发送器就是利用压电逆效应的原理。
所谓压电逆效应如图4-3所示，是在压电元件上施加电压，元件就变形，即称应变。
若在图4-3a所示的已极化的压电陶瓷上施加如图4-3b所示极性的电压，外部正电荷与压电陶瓷的极化正电荷相斥，同时，外部负电荷与极化负电荷相斥。
由于相斥的作用，压电陶瓷在厚度方向上缩短，在长度方向上伸长。
若外部施加的极性变反，如图4-3c所示那样，压电陶瓷在厚度方向上伸长，在长度方向上缩短。
图4-3压电逆效应
超声波传感器采用双晶振子，即把双压电陶瓷片以相反极化方向粘在一起，在长度方向上，一片伸长，另一片就缩短。
在双晶振子的两面涂敷薄膜电极，其上面用引线通过金属板(振动板)接到一个电极端，下面用引线直接接到另一个电极端。
双晶振子为正方形，正方形的左右两边由圆弧形凸起部分支撑着。
这两处的支点就成为振子振动的节点。
金属板的中心有圆锥形振子。
发送超声波时，圆锥形振子有较强的方向性，因而能高效率地发送超声波；接收超声波时，超声波的振动集中于振子的中心，所以，能产生高效率的高频电压。
采用双晶振子的超声波传感器,若在发送器的双晶振子(谐振频率为40kHz)上施加40kHz的高频电压，压电陶瓷片就根据所加的高频电压极性伸长与缩短，于是就能发送40kHz频率的超声波。
超声波以疏密波形式传播，传送给超声波接收器。
超声波接收器是利用压电效应的原理，即在压电元件的特定方向上施加压力，元件就发生应变，则产生一面为正极，另一面为负极的电压。
若接收到发送器发送的超声波，振子就以发送超声波的频率进行振动，于是，就产生与超声波频率相同的高频电压，当然这种电压是非常小的，必须采用放大器放大。
现以MA40S2R接收器和MA40S2S发送器为例说明超声波传感器的各种特性，表4-2示出的就是这种超声波传感器的特性。
传感器的标称频率为40kHz，这是压电元件的中心频率，实际上发送超声波时是串联谐振与并联谐振的中心频率，而接收时各自使用并联谐振频率。
数据来源： 2005年4月《传感器技术及其应用》
超声波传感器的带宽较窄，大部分是在标称频率附近使用，为此，要采取措施扩展频带，例如，接入电感等。
另外，发送超声波时输入功率较大，温度变化使谐振频率偏移是不可避免的，为此，对于压电陶瓷元件非常重要的是要进行频率调整和阻抗匹配。
MA40S2R/S传感器的发送与接收的灵敏度都是以标称频率为中心逐渐降低，为此，发生超声波时要充分考虑到这一点以免逸出标称频率。
图4-4表示传感器方向性的特性，这种传感器在较宽范围内具有较高的检测灵敏度，因此，适用于物体检测与防犯报警装置等。
另外，对于这种传感器，一般来说温度越高，中心频率越低，为此，在宽范围环境温度下使用时，不仅在外部进行温度补偿，在传感器内部也要进行温度补偿。
图4-4 传感器的方向性
超声波传感器的检测方式：
第一、穿透式超声波传感器的检测方式
当物体在发送器与接收器之间通过时，检测超声波束衰减或遮挡的情况从而判断有无物体通过。
这种方式的检测距离约1m，作为标准被检测物体使用100mm×100mm的方形板。
它与光电传感器不同，也可以检测透明体等。
第二、限定距离式超声波传感器的检测方式
当发送超声波束碰到被检测物体时，仅检测电位器设定距离内物体反射波的方式，从而判断在设定距离内有无物体通过。
若被检测物体的检测面为平面时，则可检测透明体。
若被检测物体相对传感器的检测面为倾斜时，则有时不能检测到被测物体。
若被检测物体不是平面形状，实际使用超声波传感器时一定要确认是否能检测到被测物体。
第三、限定范围式超声波传感器的检测方式
在距离设定范围内放置的反射板碰到发送的超声波束时，则被检测物体遮挡反射板的正常反射波，若检测到反射板的反射波衰减或遮挡情况，就能判断有无物体通过。
另外，检测范围也可以是由距离切换开关设定的范围。
第四、回归反射式超声波传感器的检测方式
回归反射式超声波传感器的检测方式与穿透超声波传感器的相同，主要用于发送器设置与布线困难的场合。
若反射面为固定的平面物体，则可用作回归反射式超声波传感器的反射板。
另外，光电传感器所用的反射板同样也可以用于这种超声波传感器。
这种超声波传感器可用脉冲市制的超声波替代光电传感器的光，因此，可检测透明的物体。
利用超声波的传播速度比光速慢的特点，调整用门信号控制被测物体反射的超声波的检测时间，可以构成限定距离式与限定范围式超声波传感器。
超声波传感器系统的构成：
超声波传感器系统由发送器、接收器、控制部分以及电源部分构成，如图4-5所示。
发送器常使用直径为15mm左右的陶瓷振子，将陶瓷振子的电振动能量转换为超声波能量并向空中辐射。
除穿透式超声波传感器外，用作发送器的陶瓷振子也可用作接收器，陶瓷振子接收到超声波产生机械振动，将其变换为电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超声波进行检测。
图4-5 超声波传感器系统的构成
控制部分判断接收器的接收信号的大小或有无，作为超声波传感器的控制输出。
对于限定范围式超声波传感器，通过控制距离调整回路的门信号，可以接收到任意距离的反射波。
另外，通过改变门信号的时间或宽度，可以自由改变检测物体的范围。
超声波传感器的电源常由外部供电，一般为直流电压，电压范围为12~24V±10%，再经传感器内部稳压电路变为稳定电压供传感器工作。
超声波传感器系统中关键电路是超声波发生电路和超声波接收电路。
可有多种方法产生超声波，其中最简单的方法就是用直接敲击超声波振子，但这种方法需要人参与，因而是不能持久的，也是不可取的。
为此，在实际中采用电路的方法产生超声波，根据使用目的的不同来选用其振荡电路。
3、超声波测距原理
超声波测距的原理一般采用渡越时间法TOF（time of flight）。
它通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所发射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差T，然后求出距离S。
一般采用渡越时间法：即S=CT/2，其中S为测量点与被测物体之间的距离，C为声波在介质（此处为空气）中的传播速度，T为超身波发射到返回的时间间隔。
由于超声波也是一种声波，
其声速C与空气温度有关，一般来说，温度每升高1摄氏度，声速增加0.6米／秒。
下表列出了几种温度下的声速：
声速与温度的关系表
在使用时，如果温度变化不大，则可认为声速C是基本不变的，计算时取C为340m/s。
超声波的测距原理如下图所示。
单片机发出40KHZ的信号，经放大电路放大后通过超声波发射器发出;超声波接收器将接收到的信号经放大器放大，用锁相环电路进行检波处理后，启动单片机中断程序，测得时间为T，在由软件进行判别、计算，得出距离。