超声波传感器(下)详解
超声波传感器详解PPT课件
振荡器产生的高频电压通过耦合电容CP供给超声波振子MA40S2S。CC4049的
H1和H2产生与超声波频率相对应的高频电压信号， H3～H6进行功率放大，再
经过耦合电容CP
MA40S2S。超声波振子若长时间加直流电
压，会使传感器特性明显变差， 因此，一般用交流电压通过耦合电容CP 供
b超声波在空气中传播2a2a19第7章超声波传感器20液位测量储油罐分选第7章超声波传感器21超声波液位计第7章超声波传感器22mdarse型室外保安机器人多个超声波传感器组成线阵或面阵形成多传感器第7章超声波传感器23为计数或安全目的进行人员探测第7章超声波传感器24堆置高度控制厚度测量第7章超声波传感器25脉冲回波法检测厚度工作原理超声波测厚第7章超声波传感器图910超声波测厚1双晶直探头2引线电缆3入射波4反射波5试件6测厚显示器图是超声波测厚示意图
α——衰减系数，单位为Np/cm（奈培/厘米）。
声波衰减原因： 扩散衰减：随声波传播距离增加而引起声能的减弱。 散射衰减：超声波在介质中传播时，固体介质中颗粒界面或流体介质中悬浮
粒子使声波产生散射，一部分声能不再沿原来传播方向运动，而 形成散射。 吸收衰减：由于介质粘滞性，使超声波在介质中传播时造成质点间的内摩 擦，从而使一部分声能转换为热能，通过热传导进行热交换，导 致声能的损耗。
第7章 超声波传感器
超声波液位计
第20页/共40页
第7章 超声波传感器 多个超声波传感器组成线阵或面阵形成多传感器
MDARS-E型室外保安机器人
第21页/共40页
第7章 超声波传感器
为计数或安全目的，进行人员探测
第22页/共40页
第7章 超声波传感器 堆置高度控制
超声波传感器
第1讲 超声波传感器的特性
测距离
第1讲 超声波传感器的特性
第1讲 超声波传感器的特性
测料位
第1讲 超声波传感器的特性
B扫描超声成像技术
第1讲 超声波传感器的特性
美国的维吉尼亚级潜艇
超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等，其
中以压电式最为常用。压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶
瓷，这种传感器统称为压电式超声波探头。 它是利用压电材料的压电效应 来工作的。 压电效应有正向压电效应和逆向压电效应。 超声波发送器是利用逆向压电效应制成——即在压电元件上施加电压， 元件就变形（也称应变）引起空气振动产生超声波，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 因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面 。
产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
第1讲 超声波传感器的特性
第1讲 超声波传感器的特性
压电式超声波传感器的基本工作原理
子的形状、尺寸、数量、 介质的性质和散射粒子的性质有关。
吸收衰减是由于介质粘滞性，使超声波在介质中传播时造 成质点间的内摩擦，从而使一部分声能转换为热能，通过热传 导进行热交换，导致声能的损耗。
第1讲 超声波传感器的特性
（二） 超声波传感器的特性 3.1 频率特性
接收超声波
发送超声波
第1讲 超声波传感器的特性
第1讲 超声波传感器的特性
超声波传感器
第1讲 超声波传感器的特性
（一） 超声波传感器的原理及结构
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 称为超声波传感器、探测器或换能器，也称为探头。
超声波传感器的原理和应用
超声波传感器的原理和应用1. 引言超声波传感器是一种常见的非接触式传感器，广泛应用于工业、生活等领域。
本文将介绍超声波传感器的原理、工作方式以及其应用场景。
2. 原理超声波传感器利用超声波在介质中的传播和反射原理，测量物体与传感器之间的距离。
其工作原理主要包括发送超声波信号和接收反射信号两个过程。
3. 工作方式超声波传感器一般由发射器、接收器和信号处理电路组成。
其工作方式如下：•发射器将电信号转化为超声波信号并发送出去。
•超声波信号在空气或其他介质中传播，当遇到物体时，一部分超声波被物体表面反射，回到传感器。
•接收器接收到反射的超声波信号，并转换为电信号。
•信号处理电路对接收到的电信号进行放大、滤波和计算，得到物体与传感器之间的距离。
4. 应用场景超声波传感器具有以下几个主要应用场景：4.1 测距超声波传感器广泛应用于测量物体与传感器之间的距离。
由于超声波的传播速度快，测距精度高，因此被广泛应用于自动化生产线、无人机导航、智能车辆等领域。
4.2 障碍检测超声波传感器可以用于障碍检测。
通过测量物体与传感器之间的距离，可以判断是否有障碍物存在。
这种应用在无人车、智能家居等领域具有重要意义。
4.3 液位控制超声波传感器可以用于液位控制。
通过测量液体与传感器之间的距离，可以实时监测液体的液位，用于工业生产中的液位控制，例如油罐、水箱等。
4.4 声纳定位超声波传感器可以用于声纳定位。
通过测量声波在水中的传播时间，可以计算出声源与传感器之间的距离，从而实现声纳定位。
这种应用在海洋探测、无线通信等领域具有重要地位。
4.5 动作检测超声波传感器可以用于动作检测。
通过测量移动物体与传感器之间的距离变化，可以判断物体的运动状态，广泛应用于安防系统、智能家居等领域。
5. 总结超声波传感器利用超声波的传播和反射原理，实现了对物体与传感器之间距离的测量。
它具有测距精度高、非接触式等特点，广泛应用于工业、生活等领域。
随着科技的不断进步，超声波传感器在更多领域将发挥重要作用。
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是一种常用的距离测量传感器，它利用超声波的特性来实现对目标物体的距离测量。
超声波传感器主要由发射器、接收器和控制电路组成，通过发射超声波并接收回波来实现对目标物体距离的测量。
本文将详细介绍超声波传感器的工作原理及其应用。
超声波传感器的工作原理是基于声波在空气中的传播特性。
当超声波传感器发射器发出一束超声波时，这些超声波会在空气中传播，当它们遇到目标物体时，部分超声波会被目标物体反射回来，被接收器接收到。
通过测量发射超声波到接收回波的时间间隔，再结合超声波在空气中的传播速度，就可以计算出目标物体与传感器的距离。
超声波传感器的工作原理可以用以下公式表示：距离 = （传播时间×传播速度）/ 2。
其中，传播时间是发射超声波到接收回波的时间间隔，传播速度是超声波在空气中的传播速度，除以2是因为超声波来回的距离。
超声波传感器的工作原理非常简单，但却非常实用。
它可以实现对目标物体的非接触式距禽测量，具有测量范围广、精度高、反应速度快等优点，因此被广泛应用于工业自动化、机器人、汽车驾驶辅助系统等领域。
在工业自动化领域，超声波传感器常用于物体的定位、计数、检测等工作中。
比如，在生产线上，可以利用超声波传感器来检测产品的到位情况，实现自动化生产；在仓储物流中，可以利用超声波传感器来测量货物的堆垛高度，实现智能化仓储管理。
在机器人领域，超声波传感器可以帮助机器人实现环境感知和避障功能。
通过安装多个超声波传感器，可以实现对机器人周围环境的全方位感知，避免碰撞和损坏。
在汽车驾驶辅助系统中，超声波传感器常用于倒车雷达系统中。
它可以实时监测汽车周围的障碍物，当检测到障碍物靠近时，会发出警报，提醒驾驶员注意，避免碰撞事故的发生。
总的来说，超声波传感器的工作原理简单实用，应用范围广泛。
它在工业自动化、机器人、汽车等领域都有重要的应用价值，对提高生产效率、保障人身安全都起到了重要作用。
相信随着科技的不断发展，超声波传感器的应用将会更加广泛，为人们的生活带来更多便利。
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。
超声波传感器 资料
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。
基于超声波特性研制的传感器称为“超声波传感器”，广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
中文名超声波传感器所属类别传感器物理学原理超声波的特性组件压电材料工作频率压电晶片的共振频率适用领域工业、国防、生物医学目录.1组成部分.2性能指标.▪工作频率.▪工作温度.▪灵敏度.▪指向性.3相关应用.▪主要应用.▪具体应用.4工作相关.▪工作原理.▪工作程式.▪工作模式.5系统构成.6检测方式.7检测好坏.8液位测试.9其他.▪区分.▪注意事项.▪暴露问题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（一个探头发射、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，灵敏度也最高。
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。
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。
超声波传感器的应用及技术原理介绍
超声波传感器的应用及技术原理介绍超声波传感器是一种重要的传感器，被广泛应用于测距、检测障碍、测流等领域。
本文将介绍超声波传感器的应用及技术原理。
一、超声波传感器的基本原理超声波传感器利用声波在介质中的传播特性，通过发射超声波并接收反射回来的波来实现对目标的探测和测量。
它的基本结构包括超声波发射器、接收器和信号处理电路。
超声波发射器产生高频声波，经过透镜聚焦，形成一个声波束，照射到目标上。
目标表面会反射一部分声能，这些反射声波被接收器接收，并转化为电信号。
信号处理电路将接收到的信号进行放大、滤波、数字化等操作，最终输出距离、速度、流量等物理量。
二、超声波传感器的应用1. 距离测量超声波传感器可以测量距离，特别是在避障、机器人导航等领域得到了广泛应用。
通过计算发射和接收时间差，可以估算目标距离，实现精确的距离测量。
2. 检测障碍超声波传感器也常用于检测障碍。
在汽车中应用，可以实现自动泊车、避免碰撞等功能。
在工业生产中，可以用于控制机器人、机械手臂等设备避开障碍物，提高生产效率。
3. 测流超声波传感器还可应用于测流量，适用于液体和气体的流量测量。
它不会对被测介质产生压力和阻力，而且不受温度、粘度等因素的影响。
因此，被广泛应用于化工、水利、能源等行业。
三、超声波传感器的技术原理1. 超声波的传播特性超声波传感器利用的是声波在介质中的传播特性。
声波在介质中传播的速度和密度有关，通常情况下，介质密度越大，声波传播速度越快。
因此，在水中传播的声波速度显著高于空气中的声波速度。
2. 聚焦技术聚焦是超声波传感器技术的重要组成部分，它能够将声波束集中在一个小区域内，提高能量密度，增加返回信号的强度。
可以通过聚焦透镜、聚焦阵列等方式实现，这些聚焦元器件能够控制声波的传播方向和形状，提高信号的质量和可靠性。
3. 多普勒效应在测量物体速度时，超声波信号被发射向物体，并反弹回来，测量时间差就可以估算物体移动的距离和速度。
为了进一步提高速度测量的精度，可以利用多普勒效应，通过检测回波频率的变化来计算物体的速度。
超声波传感器每部分组成所涉及到的基础知识
超声波传感器每部分组成所涉及到的基础知识1.引言1.1 概述概述部分的内容应该是对超声波传感器的基本概念和应用进行简要介绍。
以下是一个可能的概述内容:超声波传感器是一种基于超声波技术的传感器，可以用于测距、检测物体的存在及其位置等应用。
它通过发射超声波脉冲并接收返回的反射波来实现测量和探测功能。
超声波是一种频率高于人类能听到的声波，通常在20kHz至200kHz 的范围内。
超声波传感器利用声波在空气中的传播特性，通过测量超声波的传播时间或相位差来得到被测量物体与传感器之间的距离。
超声波传感器由发射部分、接收部分和信号处理部分组成。
发射部分包括发射器和发射驱动电路，用于产生和发射超声波脉冲。
接收部分包括接收器和接收驱动电路，用于接收和放大反射波信号。
信号处理部分负责对接收到的信号进行滤波、放大和数字化处理，以提取有效信息并进行进一步的分析和判断。
超声波传感器具有使用简单、非接触测量、高精度等优点，广泛应用于工业自动化、医疗诊断、安防监控等领域。
例如，超声波传感器可在自动驾驶车辆中用于测距和避障，也可在医疗设备中用于测量心脏功能和胎儿成像等。
随着科技的进步和应用需求的增长，超声波传感器在未来的应用前景将更加广阔。
本文将对超声波传感器的原理、各部分组成及其在不同领域中的应用进行详细介绍和探讨，以加深对超声波传感技术的理解和应用。
1.2 文章结构文章结构是指整篇文章的组织架构和内容安排。
在本文中，文章结构主要包括以下几个部分：1. 引言：在引言部分，将对超声波传感器进行概述，介绍其基本原理和应用领域，引起读者的兴趣。
同时说明本文的目的和内容安排。
2. 正文：正文是文章的核心部分，包括以下几个方面的内容：2.1 超声波传感器的原理：介绍超声波传感器的基本原理，包括超声波的产生、传播和检测的原理，以及超声波传感器在测距、检测物体位置等方面的应用。
2.2 超声波传感器的发射部分组成：详细介绍超声波传感器发射部分的各个组成部分，包括超声波发生器、发射探头等，并解释它们的作用和工作原理。
超声波传感器
一文读懂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。
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16Hz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。
超声波传感器介绍完整ppt
实现测距的函数解读
void ask_pin_F() // 量出前方距離 { digitalWrite(outputPin, LOW); // 讓超聲波發射低電壓 2μs delayMicroseconds(2); digitalWrite(outputPin, HIGH); // 讓超聲波發射高電壓 10μs，這裡 至少是 10μs delayMicroseconds(10); digitalWrite(outputPin, LOW); // 維持超聲波發射低電壓 float Fdistance = pulseIn(inputPin, HIGH); // 讀取相差時間 Fdistance= Fdistance/5.8/10; // 將時間轉為距離距离（單位：公分） Serial.print("F distance:"); //輸出距離（單位：公分） Serial.println(Fdistance); //顯示距離 Fspeedd = Fdistance; // 將距離 讀入 Fspeedd(前速) }
超声波传感器介绍
超声波测距模块
• 超声波传感器有四 个脚
• VCC 接+5V • TRIQ 信号输入 • ECHO 信号输出 • GND 接地
超声波测距模块的工作原理
(1)采用IO 触发测距，trig脚给出至少10us 的高电平信号; (2)模块自动发送8个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回； (3)有信号返回，通过IO 输出一高电平，高电平持续的时间就是超
声波从发射到返回的时间． (4)在接收口等待高电平输出.一有输出就可以开定时器计时,当此口
变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,从 而可算出距离： 测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2
超声波传感器(传感技术课件)
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
=
2
超声波测厚石料测厚
某超声波测厚仪指标
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
超声波的指向性为超声波能量集中在一定区域并向一个方向辐射的现象。
频率越高，指向角越小，越适合检测。
超声波传感器的特性
3、超声波传感器的温度特性：
一般说温度越高，中心频率、灵敏度、输出声压电平越低。
宽范围环境温度使用时，需温度补偿。
应用：超声波物位传感器
超声波物位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制
泡或液面发生波动，便会有较大的误差。在一般使用条件下, 它的
测量误差为±0.1%, 检测物位的范围为10-2～104m。
应用：超声波测厚度
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
A型探伤超声探伤的计算
设：显示器的x轴为10s/div (格)，现测得B
波与T波的距离为6格，F波与T波的距离为2格。
已知纵波在钢板中的声速CL=5.9×103m /s。
求：1）t 及tF ；
2）钢板的厚度及缺陷与表面的距离xF。
解：
1）t = 10s/div×6div=0.06ms
A型探伤的结果以二维坐标图形式给出。它的横坐标为时间轴，纵坐标为
超声波传感器
超声波传感器超声波传感器是一种利用超声波进行测量和探测的设备。
它通过发射超声波并接收回弹的信号来判断目标物体的距离、位置以及其他相关信息。
超声波传感器在工业自动化、机器人技术、智能车辆、医疗设备等领域有着广泛的应用。
一、工作原理超声波传感器工作原理基于声音的传播和回声的接收。
它通过发射超声波脉冲并测量波的回弹时间来计算目标物体与传感器之间的距离。
通过不断地测量和比对回弹时间，超声波传感器可以实现对目标物体的准确测量。
二、特点与应用1. 非接触式测量：超声波传感器可以在不接触目标物体的情况下进行测量，避免了传统测量方法中接触到物体带来的误差和影响。
2. 高精度测量：超声波传感器具有较高的测量精度，可以实现毫米级的测量精确度，满足对距离和位置等信息的精确需求。
3. 多功能应用：超声波传感器可以广泛应用于测距、障碍物检测、水位检测、液体测量等不同的领域和场景。
4. 反应速度快：超声波传感器的反应速度非常快，可以实现实时的测量和控制，适用于对时间要求较高的应用场景。
5. 抗干扰性强：超声波传感器对外界环境的干扰较强，具备良好的抗干扰能力，可以在复杂的环境中稳定地工作。
超声波传感器在工业领域中被广泛应用，例如在自动化生产线中的测距与定位、机器人技术中的障碍物检测与定位，以及无人驾驶领域中的环境感知等。
此外，超声波传感器还被应用于医疗设备领域，用于测量血流速度、心脏功能以及体内器官的位置等。
在智能车辆中，超声波传感器可用于实现自动泊车功能，通过测量车辆与停车位之间的距离，准确引导车辆进行泊车操作。
同时，它也可以用于避免与其他车辆或物体的碰撞，提高行驶的安全性。
总的来说，超声波传感器凭借其高精度、快速响应和多功能应用等特点，成为了现代工业和科技领域中不可或缺的重要设备。
随着技术的不断发展和创新，相信超声波传感器在更多的领域和场景中将发挥更重要的作用。
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用于测距、测量和检测的设备。
它利用超声波在空气或其他介质中传播的特性，在工业、医疗、汽车等领域被广泛应用。
本文将重点介绍超声波传感器的工作原理，从声波的发射到接收，以及其中的关键技术。
一、超声波的发射原理超声波传感器通过发射超声波来实现测距和测量。
在发射过程中，超声波传感器内部的声发射器会产生高频声波，一般频率在20kHz到200kHz之间。
这些声波会在传感器的开口处发射出去，形成一束脉冲式的超声波。
二、超声波的传播和反射一旦超声波从传感器发射出来，它会在空气或其他介质中传播。
超声波在传播过程中会遇到障碍物，如墙壁、物体等，部分声波将会被反射回来。
三、超声波的接收原理超声波传感器需要能够接收被反射回来的声波来实现测量和检测。
在传感器内部，有一个声接收器用来接收反射回来的超声波。
这个声接收器能够将声波转换为电信号，供后续的电路进行处理和分析。
四、超声波传感器的关键技术为了保证超声波传感器的准确性和可靠性，在设计和制造过程中需要考虑以下几个关键技术：1. 发射和接收的时间控制：超声波的发射和接收时间需要严格控制，以计算出测量物体与传感器之间的距离。
通常使用的方法是通过控制发射超声波的脉冲宽度和接收声波的时间延迟来实现。
2. 脉冲回波的处理：当超声波发射后，接收到的回波信号可能会受到干扰和噪声的影响。
为了准确地分析回波信号，需要对信号进行滤波、放大和去噪等处理。
3. 传感器的灵敏度和分辨率：超声波传感器的灵敏度和分辨率是衡量其性能的关键指标。
传感器的灵敏度决定了它能够探测到多远的物体，而分辨率则表示传感器能够分辨出两个相邻物体之间的距离差异。
4. 多路径干扰的抑制：在复杂环境中，超声波的传播路径可能会受到多种干扰，如多次反射、散射等。
为了提高测量的准确性，需要设计抑制多路径干扰的算法和技术。
五、超声波传感器的应用领域超声波传感器广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：1. 距离测量和障碍物检测：超声波传感器可以用来测量物体与传感器之间的距离，并且可以检测物体是否存在，例如用于智能停车系统、工业机器人等。
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。
超声波传感器原理和简介
超声波传感器基本介绍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。
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。
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：超声波传感器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。
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。
超声波传感器(2)
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，倾斜入射到试件中去，可产生多 次反射，而传播到较远处去。
各种接触式斜探头
常用频率范围：1~5MHz
接触法双晶直探头
发射晶片 接收晶片
将两个单晶探头组合 装配在同一壳体内，其中 一片发射超声波，另一片 接收超声波。两晶片之间 用一片吸声性能强、绝缘 性能好的薄片加以隔离。 双晶探头的结构虽然复杂 些，但检测精度比单晶直 探头高，且超声信号的反 射和接收的控制电路较单 晶直探头简单。
各种双晶直探头
焦距范围：5~40mm, 频率范围：2.5~5MHz， 钢中折射角：45 ~70
超声波的波型分类
超声波的传播波型主要可分为 纵波、横波、表面波等几种。
纵 波
横波
表面波
第二节 超声波换能器及耦合技术
超声波换能器又称超声波探头。超声波换能器的工作原 理有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种，在检测技术中主 要采用压电式。超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、 表面波探头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、高温探头、 空气传导探头以及其他专用探头等。
各种超声波探头
（以下参考常州市常超检测设备有限公司资料）
常用频率范围：0.5~10MHz， 常见晶片直径：5~30mm
接触式直探头 （纵波垂直入射 到被检介质）
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
接触式 直探头原理
超声脉冲电压
输入端
接地端
接触式斜探头（横波、瑞利波或兰姆波探头）
接触法双晶斜探头（续）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
N2 = f 0t2
f 0 c sin －v 1 f2 = = = t2 N 2 L
第四章 非电量的电测技术
12
v + c sin c sin －v f = f1－f 2＝ － L L f0 f0 f（ 2v 0 N1－N 2） ＝ = － = L N1 N 2 N1 N 2
四、超声波传感器的应用
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。
反射 透射
2018/11/1 第四章 非电量的电测技术 9
耦合剂
超声探头与被测物体接触时，探头与被测物体表面间存 在一层空气薄层，空气将引起三个界面间强烈的杂乱反 射波，造成干扰，并造成很大的衰减。为此，必须将接 触面之间的空气排挤掉，使超声波能顺利地入射到被测 介质中。在工业中，经常使用一种称为耦合剂的液体物 质，使之充满在接触层中，起到传递超声波的作用。常 用的耦合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化 学浆糊等。
同学们是否注意：当一辆汽车响着喇叭从你身边疾驶 而过时，喇叭的音调会由高变低，好像汽车驶来的时候 唱着音符“1”，离开的时候就唱音符“ 7”了。
－ 1－ － 7－
1842年，奥地利物理学家多普勒带着女儿在铁道旁散步时就 注意到了类似的现象，他经过认真的研究，发现波源和观察 者互相靠近或者互相远离时，观察到的波的频率都会发生变 化，并且做出了解释，人们把这种现象叫做多普勒效应。
2018/11/1 第四章 非电量的电测技术 2
三、超声波接收器原理
在超声波技术中，除了需要能产生超声波的发生器以 外，还需要能接收超声波的接收器。 一般的超声波接收器是利用超声波发生器的逆效应而 进行工作的。 压电式超声波接收器是利用正压电效应进行工作的。 它的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个 换能器兼做发生器和接收器两种用途。
第四章 非电量的电测技术 16
2018/11/1
超声波情况相似
当波源和观察者相对静止时，1s内通过观察者的波峰 （或密部）的数目是一定的，观察到的频率等于波源 振动的频率； 当波源和观察者相向运动时，1S内通过观察者的波 峰（或密部）的数目增加，观察到的频率增加； 反之，当波源和观察者互相远离时，观察到的频率变 小。
1、超声波流量计
F1发射的超声波先到达 T1
L F1：t1 = v + c sin
2018/11/1
L F2：t 2 = c sin －v
＝90－
10
第四章 非电量的电测技术
测量流量原理
时间差法测量流量原理：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。由于 这两束超声波在液体中传播速度的不同，测量两接
Lf（ 0 N1－N 2） v＝ 2 N1 N 2 SLf （ 0 N1－N 2） （N1－N 2） 流量q = vS＝ =k 2 N1 N 2 2 N1 N 2
2018/11/1 第四章 非电量的电测技术 13
超声波流量计现场使用
2018/11/1
第四章 非电量的电测技术
14
2、超声波多普勒测量车速
二、超声波发生器原理
y
压电晶体： 压电效应、逆压电效应 电致伸缩效应
逆压电效应
_
在压电材料切片上施加交变电压，使它产生电致伸缩 振动，而产生超声波，如图所示。
2018/11/1
第四章 非电量的电测技术
1
压电材料的 固有频率：
当外加交变电压频率等于晶片的固有频率时，产生共振，这 时产生的超声波最强。——共振 压电效应换能器可以产生几十千赫兹到几十兆赫兹的高频超 声波。
压 电 晶 体
第四章 非电量的电测技术
超声波
测 量 电 路
3
2018/11/1
Δ超声波探头
为了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 惯上称为超声波换能器，或超声波探头。 1、超声波测距原理： 超声波发射探头发出的超声波脉冲在介质中传到相 介面经过反射后，再反回到接收探头。
收探头上超声波传播的时间差t，可得到流体的
平均速度及流量。
2018/11/1
第四章 非电量的电测技术
11
L F1：t1 = v + c sin L F2：t 2 = c sin －v
在t1、t2时间内，分别对频率为f0的脉冲进行计 数，记得脉冲数为N1、N2：
N1 = f 0t1
1 f 0 v + c sin f1 = = = t1 N1 L
2018/11/1
第四章 非电量的电测技术
5
超声波探头中的压电陶瓷芯片
将数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上，利用逆压 电效应，使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当 超声波经被测物反射回到压电晶片时，利用压电效应， 将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。
2018/11/1 第四章 非电量的电测技术 6
第四章 非电量的电测技术 15
2018/11/1
模拟实验
甲
乙 丙
让一队人沿街行走，观察者站在街旁不动，每秒有9个人从他身边通 过（图甲）。这种情况下的“过人频率”是9人／秒；如果观察者逆 着队伍行走，每秒和观察者相遇的人数增加，也就是频率增加（图 乙）；反之，如果观察者顺着队伍行走，频率降低（图丙）。
2018/11/1
第四章 非电量的电测技术
4
2、超声波探头材料 Nhomakorabea常用的材料：压电晶体和压电陶瓷，这种探头统称为压 电式超声波探头。 工作原理：利用压电材料的压电效应。 逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，以产 生超声波，可做为发射探头。 利用正压电效应则将接收的超声振动转换成电信号， 可作为接收探头。
2018/11/1 第四章 非电量的电测技术 7
空气超声探头
以空气为传导介质的超声探头。锥形共振盘：提高发 生效率；阻抗匹配器：提高接受效率。
5—引脚
8
a） 超声发射器 b）超声接收器 1—外壳 2—金属丝网罩 3—锥形共振盘 4—压电晶片 6—阻抗匹配器 7—超声波束
2018/11/1 第四章 非电量的电测技术