第十三章 超声波传感器
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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。
《超声波传感器下》课件
参数指标
1 超声波传感器的灵敏 2 超声波传感器的解析 3 超声波传感器的工作
度
度
频率
灵敏度决定了超声波传感 器探测距离的精确性和范 围。
解析度是超声波传感器用 于测量距离时的最小分辨 单位。
工作频率决定了超声波传 感器在传输和接收信号时 的频率范围。
优缺点比较
超声波传感器的优点
非接触式测量、高精度、反射率较好、在不同环境 中工作可靠。
超声波传感器的缺点
受到环境的影响、测量范围受限、在吸音材料上无 法正常工作。
结语
1 超声波传感器的未来发展
随着技术的不断进步，超声波传感器在各个 领域的应用将会更加广泛和多样化。
2 要注意的事项
使用超声波传感器时要注意选择合适的工作 频率、距离与位移的调整和环境的影响等因 素。
应用场景
超声波传感器在智能 家居中的应用
超声波传感器可用于人体检测、 家具智能布置和智能安防系统 等智能家居场景。
超声波传感器在智能 交通中的交通流 量监测等智能交通场景。
超声波传感器在机器 人中的应用
超声波传感器可用于机器人导 航、避障和定位等机器人技术 中，提高机器人的感知能力。
《超声波传感器下》PPT 课件
欢迎大家来到本次关于超声波传感器的PPT课件。在这个课件中，我们将探索 超声波传感器的应用和工作原理，并了解它在智能家居、智能交通和机器人 等领域中的作用。
简介
1 什么是超声波传感器
超声波传感器是一种使用声波来测量距离的 装置，能够发送和接收超声波信号。
2 常用的超声波传感器
常见的超声波传感器包括单频超声波传感器、 多频超声波传感器和微型超声波传感器。
工作原理
超声波传感器的构成
超声波传感器讲解课件
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。
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。
超声波传感器应用课件
CATALOGUE
超声波传感器在医疗领域的应用
超声波在医学影像中的应用
01
02
诊断疾病
监测胎儿发育
03 辅助手术
超声波在生物组织检测中的应用
生物组织检测
药物作用机制研究
生物组织损伤评估
超声波在药物传递和基因治疗中的应用
药物传递
基因治疗
细胞和组织修复
CATALOGUE
超声波传感器在其他领域的应用
复合材料检测
超声波传感器可以检测复合材料内部 的缺陷和损伤，如分层、脱粘等。
玻璃和陶瓷检测
超声波传感器可以检测玻璃和陶瓷等 材料的内部缺陷和损伤。
管道和容器检测
超声波传感器可以用于管道和容器等 设备的内部检测，检测其内部的腐蚀 和裂纹等。
超声波无损检测的局限性
经验要求高
对环境因素敏感
对操作者技能要求高 成本较高
磁致伸缩式超声波传感器
利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应产 生超声波信号。
超声波传感器的应用领域
01
工业检测
02
医学诊断
03
环境监测
04
军事应用
CATALOGUE
超声波传感器在无损检测中的应用
超声波在无损检测中的优势
无损检测
。
高精度
实时性 可靠性
超声波在无损检测中的主要应用场景
金属材料检测
超声波传感器可以检测金属材料内部 的缺陷和损伤，如焊接缝、裂纹等。
超声波在军事领域的应用
声呐系统 引信技术 声学武器
CATALOGUE
超声波传感器的未来发展
新型超声波传感器的研发
微型化超声波传感器
01
高频超声波传感器
超声波传感器
嵌入式系统与智能控制实验室
三、传播速度 超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关；
博创科技 嵌入互动
超声波在液体和气体中不能传播横波，只能传播纵波； 气体中的速度为 344 m/s 液体中的速度为 900~1900 m/s
超声波在固体中可以传播这三种波 横波速度=纵波速度/2 表面波速度=横波速度*90%
博创科技 Embedded System and Intelligent Control laboratory
嵌入式系统与智能控制实验室
二、磁致伸缩效应
博创科技 嵌入互动
磁致伸缩型超声波换能器的工作原理是基于对磁性材料
加上磁场后，就在磁场方向产生应力的磁致伸缩效应和加上应
力后就发生磁化的逆磁致伸缩效应。
二、超声波多普勒测量车速
博创科技 嵌入互动
博创科技 Embedded System and Intelligent Control laboratory
嵌入式系统与智能控制实验室
人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？
博创科技 嵌入互动
? fs f
发射频率
'
接收频率
fs
f
'
博创科技 Embedded System and Intelligent Control laboratory
博创科技 Embedded System and Intelligent Control laboratory
嵌入式系统与智能控制实验室
2.3 耦合
博创科技 嵌入互动
为使探头有效地向工件发射 超声波和有效地接收超声波 ，必须使探头和工件探测面 之间有良好的声耦合。良好 的声耦合可以通过填充耦合 介质来实现，以避免空气的
超声波传感器
1 C gL B a ：介质的密度 Ba：绝对压缩系数
1 2
（2）在固体中传播 纵波在固体中传播：与介质形状有关
E 细棒 Cq 1 2 薄板 4 1 K 1 2 E 1 3G 2 无限介质 Cq 1 1 2 E Cq
声波：其频率在16~2×104 Hz之间，能为人耳 所闻的机械波 次声波：低于16 Hz的机械波 超声波：高于2×104 Hz的机械波 微波：频率在3×108~3×1011 Hz之间的波
次声波 声波 音乐 语言 0.25×106 探测 超声波 20×106 微波
101
102
103
104
105
106
107
注意: 尽管传感器被污染也是一个需要考虑的因素，但超 声波传感器仍然能够在充满异物的操作环境中，卓越的完 成传感监测工作。
四、超声波传感器应用
1、超声波物位传感器
h
h 2a
单换能器 从发射到接收的时间 ： t = 2h/C 传感器到液面的距离： h = ct/2 双换能器 经过的路程： 2S = ct 液位高度：
f / Hz
基本原理：利用某些非声量的物理量（如密度、 流量等）与描述超声波媒质声学特性的超声量（声 速、衰减、声阻抗等）之间存在着直接或间接关系。 探索到这些规律，通过超声量的测定来测出某些被 测物理量。 测量对象：密度、流量、液位、厚度、缺陷等。
一、 超声波的波型及其传播速度
1、超声波波型
气流
目标物体
Fan
Sensor
• 气流会造成声波的偏转折射
环境应考虑因素
温度作用
冷
超声波传感器课稿课件
在医疗设备领域，超声波传感器可用于 实现无创血压、血氧饱和度等生理参数 的测量。
在工业自动化领域，超声波传感器可用 于检测工件的位置、尺寸和表面质量等。
在机器人技术领域，超声波传感器可用 于实现机器人对周围环境的感知和定位。
03
超声波传感器技术
信号处理技术
01
02
03
信号增强
通过放大电路或数字信号 处理技术，对微弱的超声 波信号进行增强，提高信 号的信噪比。
医疗领域
超声波传感器在医疗领域主要用于诊 断和监测，如超声成像、血流速度测 量等。
交通领域
超声波传感器可以用于车辆安全系统， 如倒车雷达、碰撞预警等，提高驾驶 安全性。
农业领域
在农业领域，超声波传感器可用于土 壤湿度、植物生长监测等方面，提高 农业生产效率和智能化水平。
06
总结与展望
本课程总结
超声波传感器原理介绍
在化工、石油、制药等领域，超声波传感器能够检测气体成分，如氧 气、氮气、二氧化碳等，实现气体浓度的实时监测和控制。
温度监测
超声波传感器可以用于温度监测，尤其在高温或低温环境下，能够实 现快速、准确的温度测量。
其他领域应用案例
总结词
除了工业检测和环境监测领域，超声 波传感器还广泛应用于医疗、交通、 农业等领域。
气体型超声波传感器主要用于气 体流速、流量和压力等参数的测量。
液体型超声波传感器主要用于液 位、流速和流量等参数的、厚度和形状等参数的测量。
04
超声波传感器的应用领域
超声波传感器广泛应用于工业自动化、 机器人技术、医疗设备、环境监测等领域。
在环境监测领域，超声波传感器可用于 测量空气质量、气体成分和温度等参数。
超声波传感器利用压电效应原理，将高频声波转换为电信号，
在工业自动化领域，超声波传感器可用 于检测工件的位置、尺寸和表面质量等。
在机器人技术领域，超声波传感器可用 于实现机器人对周围环境的感知和定位。
03
超声波传感器技术
信号处理技术
01
02
03
信号增强
通过放大电路或数字信号 处理技术，对微弱的超声 波信号进行增强，提高信 号的信噪比。
医疗领域
超声波传感器在医疗领域主要用于诊 断和监测，如超声成像、血流速度测 量等。
交通领域
超声波传感器可以用于车辆安全系统， 如倒车雷达、碰撞预警等，提高驾驶 安全性。
农业领域
在农业领域，超声波传感器可用于土 壤湿度、植物生长监测等方面，提高 农业生产效率和智能化水平。
06
总结与展望
本课程总结
超声波传感器原理介绍
在化工、石油、制药等领域，超声波传感器能够检测气体成分，如氧 气、氮气、二氧化碳等，实现气体浓度的实时监测和控制。
温度监测
超声波传感器可以用于温度监测，尤其在高温或低温环境下，能够实 现快速、准确的温度测量。
其他领域应用案例
总结词
除了工业检测和环境监测领域，超声 波传感器还广泛应用于医疗、交通、 农业等领域。
气体型超声波传感器主要用于气 体流速、流量和压力等参数的测量。
液体型超声波传感器主要用于液 位、流速和流量等参数的、厚度和形状等参数的测量。
04
超声波传感器的应用领域
超声波传感器广泛应用于工业自动化、 机器人技术、医疗设备、环境监测等领域。
在环境监测领域，超声波传感器可用于 测量空气质量、气体成分和温度等参数。
超声波传感器利用压电效应原理，将高频声波转换为电信号，
超声波传感器-PPT课件.ppt
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
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
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》课件 (2)
机器人技术
超声波传感器被用于机器人导航和障碍物避免， 使机器人能够感知周围环境并做出相应的动作。
安防监控
超声波传感器可用于安防监控系统，如入侵检测、 人员计数和距离报警等方面。
超声波传感器的优点
1 非接触式测量
2 高精度
超声波传感器能够在非接触状态下进行测量， 不会对目标物造成损害。
超声波传感器具有高精度的测量能力，能够 实现毫米级的测距精度。
《超声波传感器》PPT课 件 (2)
欢迎来到《超声波传感器》PPT课件第2页。本节将介绍超声波传感器的定义， 原理，应用领域，优点，局限性，市场前景和发展趋势。
超声波传感器的定义
超声波传感器是一种利用超声波进行测距和检测目标的设备。它通过发射超声波脉冲并接收其反射信号来实现 距离测量和障碍物检测。
3 无法穿透障碍物
超声波无法穿透某些物质，如金属和玻璃， 对于这些物体的测量会有局限性。
4 多路径效应
超声波在某些环境中可能会受到多路径效应 的影响，导致测量结果不准确。
超声波传感器的市场前景
1
增长迅速
随着工业自动化和智能设备的发展，声波传感器在各个领域的应用越来越广泛，市场潜力巨大。
3
技术不断进步
超声波传感器技术正在不断进步，新的应用和功能不断涌现。
超声波传感器的发展趋势
增强感知能力
超声波传感器将越来越具备环境 感知和物体识别的能力，实现更 智能化的应用。
微型化设计
无线通信
超声波传感器将越来越小巧轻便， 适应各种复杂场景和紧凑空间的 应用需求。
超声波传感器将实现无线通信技 术，方便远程监控和数据传输。
3 适用于不同环境
超声波传感器在各种环境下都能正常工作， 包括室内、室外、水下等。
超声波传感器-副本.ppt
• 压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电 陶瓷，它是利用压电材料的压电效应：逆压电效 应和正压电效应
正压电效应
电能
机械能
逆压电效应
超声波的发生
超声波发生器将电磁能转换成机械能。其结构分为 两部分，一是产生高频电流或电压的电源，二是换能 器，它将电磁振荡变换成机械振荡而产生超声波
压电式超声波发生器就
超声波
压
测
电
量
晶
电
体
路
金属壳 吸收块
导电螺杆 接线片
吸收块的作用：降 低晶片的机械品质， 吸收声能量
保护膜
压电晶片
压电式超声波传感器结构
石英晶体的压电效应
晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中纵
向轴Z－Z称为光轴；经过正六面体棱线，并垂直于光轴 的X－X轴称为电轴；与X－X轴和Z－Z轴同时垂直的Y －Y轴（垂直于正六面体的棱面）称为机械轴
放大器
显示
(b) 反射法探伤 是以超声波在工件中反射情 况的不同，来探测缺陷的方法。超声波以一定的速 度向工件内部传播。一部分超声波遇到缺陷F时反 射回来；另一部分超声波继续传至工件底面B，也 反射回来。由缺陷及底面反射回来的超声波被探头 接收时，又变为电脉冲。发射波f、缺陷波F及底波 月经放大后，在显示器荧光屏上显示出来
超声波与声波比，振动频率高，波长短， 具有束射特性，方向性强，可以定向传播， 其能量远远大于振幅相同的声波，并具有 很高的穿透能力
超声波传感器原理
• 定义：能够完成产生超声波和接收获 超声波探头
• 超声波探头按其工作原理可分为：压电式和磁致 伸缩式，其中以压电式最为常用
高频 发生器
T
接收 放大
探头
T
正压电效应
电能
机械能
逆压电效应
超声波的发生
超声波发生器将电磁能转换成机械能。其结构分为 两部分，一是产生高频电流或电压的电源，二是换能 器，它将电磁振荡变换成机械振荡而产生超声波
压电式超声波发生器就
超声波
压
测
电
量
晶
电
体
路
金属壳 吸收块
导电螺杆 接线片
吸收块的作用：降 低晶片的机械品质， 吸收声能量
保护膜
压电晶片
压电式超声波传感器结构
石英晶体的压电效应
晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中纵
向轴Z－Z称为光轴；经过正六面体棱线，并垂直于光轴 的X－X轴称为电轴；与X－X轴和Z－Z轴同时垂直的Y －Y轴（垂直于正六面体的棱面）称为机械轴
放大器
显示
(b) 反射法探伤 是以超声波在工件中反射情 况的不同，来探测缺陷的方法。超声波以一定的速 度向工件内部传播。一部分超声波遇到缺陷F时反 射回来；另一部分超声波继续传至工件底面B，也 反射回来。由缺陷及底面反射回来的超声波被探头 接收时，又变为电脉冲。发射波f、缺陷波F及底波 月经放大后，在显示器荧光屏上显示出来
超声波与声波比，振动频率高，波长短， 具有束射特性，方向性强，可以定向传播， 其能量远远大于振幅相同的声波，并具有 很高的穿透能力
超声波传感器原理
• 定义：能够完成产生超声波和接收获 超声波探头
• 超声波探头按其工作原理可分为：压电式和磁致 伸缩式，其中以压电式最为常用
高频 发生器
T
接收 放大
探头
T
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。
超声波传感器及应用PPT教案
乘积，即
Z=ρc
2021/7/25
第13页/共65页
14
常用材料的密度、声阻抗与声速 （环境温度为0℃）
材料
钢 铝 铜 有机玻璃 甘油 水（20℃） 油 空气
2021/7/25
密度 ρ(103kg·m-
1)
声阻抗 Z（
103MPa·s 1）
纵波声速 cL（km/ s
）
横波声速 cs（km/s）
7.8
46
5.9
3.23
2.7
17
6.32
3.08
8.9
42
4.7
2.05
1.18
3.2
2.73
1.43
1.26
2.4
1.92
—
1.0
1.48
1.48
—
0.9
1.28
1.4
—
0.0013
0.0004
0.34
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—
15
（2）波长
超声波的波长λ与频率f乘积恒等于声速c，即 λ f =c
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16
（3）指向性
超声波声源发出的超声波束以一定的角度 逐渐向外扩散。在声束横截面的中心轴线 上，超声波最强，且随着扩散角度的增大 而减小。
1—超声源 2—轴线 3—指向角 4—等强度线
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17
指向角θ与超声源的直径D、以及波长λ之间 的关系为
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44
9.3超声波传感器的应用
1．超声波测厚
超声波测厚常用脉冲回波法。
超声波探头与被测物体表面接触。主控制器产 生一定频率的脉冲信号，送往发射电路，经电 流放大后激励压电式探头，以产生重复的超声 波脉冲。脉冲波传到被测工件另一面被反射回 来，被同一探头接收。如果超声波在工件中的 声速υ是已知的，设工件厚度为δ，脉冲波从发 射到接收的时间间隔t可以测量，因此可求出工 件厚度为
Z=ρc
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常用材料的密度、声阻抗与声速 （环境温度为0℃）
材料
钢 铝 铜 有机玻璃 甘油 水（20℃） 油 空气
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密度 ρ(103kg·m-
1)
声阻抗 Z（
103MPa·s 1）
纵波声速 cL（km/ s
）
横波声速 cs（km/s）
7.8
46
5.9
3.23
2.7
17
6.32
3.08
8.9
42
4.7
2.05
1.18
3.2
2.73
1.43
1.26
2.4
1.92
—
1.0
1.48
1.48
—
0.9
1.28
1.4
—
0.0013
0.0004
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（2）波长
超声波的波长λ与频率f乘积恒等于声速c，即 λ f =c
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（3）指向性
超声波声源发出的超声波束以一定的角度 逐渐向外扩散。在声束横截面的中心轴线 上，超声波最强，且随着扩散角度的增大 而减小。
1—超声源 2—轴线 3—指向角 4—等强度线
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指向角θ与超声源的直径D、以及波长λ之间 的关系为
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9.3超声波传感器的应用
1．超声波测厚
超声波测厚常用脉冲回波法。
超声波探头与被测物体表面接触。主控制器产 生一定频率的脉冲信号，送往发射电路，经电 流放大后激励压电式探头，以产生重复的超声 波脉冲。脉冲波传到被测工件另一面被反射回 来，被同一探头接收。如果超声波在工件中的 声速υ是已知的，设工件厚度为δ，脉冲波从发 射到接收的时间间隔t可以测量，因此可求出工 件厚度为
超声波传感器及应用PPT课件
无创无痛
实时监测
医学超声成像系统能够实时获取人体 内部结构的图像，有助于医生及时发 现病变并进行诊断。
医学超声成像系统具有无创、无痛、 无辐射的特点，对患者的身体不会造 成伤害，特别适合孕妇和儿童的检查。
工业无损检测技术
检测材料内部缺陷
工业无损检测技术利用超声波传感器对材料进行无损检测，能够 检测出材料内部的裂纹、气孔、夹杂物等缺陷。
工业检测
01
无损检测
超声波传感器在工业领域中广泛应用于无损检测，通过向材料发射超声
波并分析回声信号，可以检测材料内部是否存在缺陷、裂纹或气孔等问
题。这种检测方法具有高精度和高效率的特点。
02
流量和液位测量
超声波传感器可用于测量流体的流量和液位高度。通过测量超声波在流
体中传播的时间或频率，可以推算出流体的流速、流量或液位高度等信
此外，随着物联网、人工智能等技术的不断发展，超声波 传感器在智能感知和物联网领域的应用前景也值得进一步 探讨和研究。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
可以分为压电式、磁致伸 缩式、电磁式等类型的超 声波传感器。
按工作频率分类
可以分为低频、中频和高 频超声波传感器。
按用途分类
可以分为医用、工业用、 军用等不同类型的超声波 传感器。
03 超声波传感器的应用领域
医学诊断
医学诊断
超声波传感器在医学领域中广泛应用于诊断和监测。通过向人体发射超声波并接收其回声 ，可以无创地检测和评估器官、血管和组织的结构和功能。例如，超声心动图用于检测心 脏疾病，超声成像用于诊断腹部和妇科疾病。
降低成本与推广应用
批量生产与制造成本降低
通过优化生产工艺和实现规模化生产， 降低超声波传感器的制造成本，促进其 推广应用。
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用的非接触式测距传感器，它利用超声波的特性来实现物体的距离测量。
它的工作原理主要包括发射超声波、接收回波和计算距离三个步骤。
首先，超声波传感器通过发射器发出一束超声波。
超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，它的传播速度在空气中约为340米/秒。
当超声波遇到物体表面时，会发生反射。
这时，超声波传感器的接收器开始接收回波信号。
其次，接收到回波信号的超声波传感器会通过内部的计时器记录超声波发射和接收之间的时间间隔。
利用声波在空气中的传播速度，可以通过时间间隔计算出超声波的往返时间，从而得知物体与传感器的距离。
最后，超声波传感器通过内部的算法处理得到的距离数据，将其转换成数字信号输出给控制系统。
控制系统可以根据这个距离数据来进行相应的控制，比如避障、测距等应用。
超声波传感器的工作原理可以用一个简单的比喻来形象地解释，就好像我们在夜晚使用手电筒照射远处的物体，然后根据光线的反射来判断物体的距离一样。
超声波传感器就像是发射了一束“声光”，然后根据“声光”的反射情况来计算物体的距离。
除了测距外，超声波传感器还可以应用在许多其他领域，比如流量测量、液位检测、障碍物检测等。
它具有测量范围广、精度高、反应速度快等优点，因此在工业自动化、智能家居、机器人等领域有着广泛的应用。
总的来说，超声波传感器的工作原理是利用超声波的发射和接收来实现物体的距离测量。
通过发射超声波、接收回波和计算距离三个步骤，超声波传感器可以准确、快速地获取到距离数据，并将其转换成数字信号输出给控制系统，从而实现各种应用需求。
超声波传感器PPT课件
超声波金丝焊接机
超声波被聚焦后，具有较好的方向性，在遇到两种介质的分界面时，能产生明显 的反射和折射现象，这一现象类似于光波。
便携式超声波 探鱼器
超声波在医学检查中的应用
胎儿的 B超影像
超声波用于高效清洗
当弱的声波信号作用于液体中时，会对液体产生一 定的负压，即液体体积增加，液体中分子空隙加大，形 成许多微小的气泡；而当强的声波信号作用于液体时， 则会对液体产生一定的正压，即液体体积被压缩减小， 液体中形成的微小气泡被压碎。经研究证明：超声波作 用于液体中时，液体中每个气泡的破裂会象被称之为“空化作用”，超声 波清洗正是利用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到 清洗和冲刷工件内外表面的作用。超声清洗多用于半导 体、机械、玻璃、医疗仪器等行业。
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
常用频率范围：0.5~10MHz， 常见晶片直径：5~30mm
纵波
质点振动方向与波的传播方向一 致的波，它能在固体、液体和气体 介质中传播
质点振动方向垂直于波的传播方向的 横波 波，它只能在固体介质中传播
质点的振动介于横波与纵波之间，沿着
表面波 介质表面传播，其振幅随深度增加而迅速 衰减的波，表面波只在固体的表面传播
纵波
横波
表面波
超声波的波形及其传播速度
波型的转换
各种波型均符合几何光学中的反射定律：
cLsin c来自1 cS1sin 1 sin 2
cL2
sin
超声波传感器原理讲述培训课件
超声波传感器原理讲述
2 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磁致伸缩式、 电磁式等, 而以压电式最为常用。 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: 逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动, 从而产生超声波, 可作为发射探头; 而利用正压电效应, 将超声振动波转换成电信号, 可用为接收探头。
超声波传感器原理讲述
超声波传感器原理讲述
一、 超声波的波形及其转换 由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不同, 声波的波型也不同。通常有: ① 纵波——质点振动方向与波的传播方向一致的波; ② 横波——质点振动方向垂直于传播方向的波; ③ 表面波——质点的振动介于横波与纵波之间， 沿着表面传播的波。 横波只能在固体中传播，纵波能在固体、液体和气体中传播, 表面波随深度增加衰减很快。 为了测量各种状态下的物理量, 应多采用纵波。 纵波、 横波及其表面波的传播速度取决于介质的弹性常数及介质密度, 气体中声速为344 m/s, 液体中声速在900~1900 m/s。
超声波传感器原理讲述
图10 - 4给出了几种超声物位传感器的结构示意图。 超声波发射和接收换能器可设置水中, 让超声波在液体中传播。 由于超声波在液体中衰减比较小, 所以即使发生的超声脉冲幅度较小也可以传播。超声波发射和接收换能器也可以安装在液面的上方, 让超声波在空气中传播, 这种方式便于安装和维修, 但超声波在空气中的衰减比较厉害。 对于单换能器来说, 超声波从发射到液面, 又从液面反射到换能器的时间为
超声波传感器原理讲述
如果在流体中设置两个超声波传感器, 它们可以发射超声波又可以接收超声波, 一个装在上游, 一个装在下游, 其距离为L。如图10 - 5所示。如设顺流方向的传输时间为t1, 逆流方向的传输时间为t2, 流体静止时的超声波传输速度为c, 流体流动速度为v, 则 t1 = （10 - 8） t2 = （10 - 9） 一般来说, 流体的流速远小于超声波在流体中的传播速度, 那么超声波传播时间差为
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式中，t=温度 (℃)
衰减
声压在不同距离上的衰减特性
结构与工作原理
➢ 1、开放型超声波传感器
➢ 2、密封型超声波传感器
➢ 3、高频超声波传感器
产生超声波的装置有机械型超声发生器（例如气哨、汽
笛和液哨等）、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超 声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的 磁致伸缩效应制成的电声换能器等。
传感器典型应用框图
扬声器
传感器 主控
扬处声理器器 其他装置
电源
2.主控处理器选型
目前可采用的主控处理器主要有:
单片机 (80C51，C8051F，PIC，……） DSP （TI公司的TMS320C2000系列） 嵌入式处理器（ARM7：S3C44B0X，ARM9……） FPGA （Altera公司的 EP1C3，EP1C6，……）
4、安装
喇叭形谐振器长度与灵敏度方向性
喇叭形谐振器的角度与灵敏度方向性
其他特性
➢ 1、输入电压—输出声压级 ➢ 2、灵敏度的温度特性 ➢ 3、声压级的温度特性 ➢ 4、周围环境特性
输入电压—输出声压级
灵敏度的温度特性
声压级的温度特性
周围环境特性
注意事项
(1) 请避免通过连接隔离电容器或某些其他 方法，施加直流偏压，否则会导致组件损 坏。
可用于扩展处理器外围逻辑的器件：
CPLD （Altera公司的MAX7000A系列，MAX II系 列，……）
实际应用
实际应用
超声波液位测量示意图
输油管检测检测机器人
实际应用
汽车倒车雷达
倒车雷达
鱼群探测器
各种型号的超声波传感器
超声波接近开关
防盗探头
普通超声波探头
防水超声波探头
水 位 监 测 倒 车 雷 达
为了准确地表达辐射，与前部相对比，声 压 (灵敏度) 级衰减6dB的角度被称为半衰 减角度，用θ1/2表示。
灵敏度
声压
辐射特性 (接收器)
辐射特性 (发送器)
应用
➢ 1、应用示例 ➢ 2、发射与接收电路 ➢ 3、距离测量应用 ➢ 4、安装 ➢ 5、增强方向性
超声脉冲发送电路
3、距离测量应用
“Pre”为参考声压 (2×10-4μbar)
声压检测电路
2、灵敏度特性
灵敏度是表示声音接收级的单位，使用下列 公式予以表示。
灵敏度= 20log E/P (dB) 式中,“E”为所产生的电压 (Vrms)，
“P”为输入声压(μbar)。
灵敏度检测电路
3、辐射
把超声波传感器安装在台面上。然后，测 量角度与声压 (灵敏度) 之间的关系。
开放型超声波传感器的构造
振动模拟图
振动模拟
密封型超声波传感器的构造
高频超声波传感器的构造
电气特性
➢ 1、声压特性 ➢ 2、灵敏度特性 ➢ 3、辐射 ➢ 4、额定值
1、声压特性 sound pressure level
声压级 (S.P.L.) 是表示音量的单位，利用下 列公式予以表示。
S.P.L.= 20logP/Pre (dB) 式中,“P”为有效声压 (μbar)，
(2) 许多传感器的设计只针对在空气中的使 用，禁止用于水中。大部分密封型传感器 的结构只针对雨天中之使用，而非完全浸 没水中。
(3) 不得以散件进行存放，否则会导致传感 器互相受损。
注意事项
(4) 由于超声波传感器具有电位方向性，因 此一定要注意其安装位置。
(5) 如果应用于诸如非标准频率等特殊条件， 请与您所购买的公司联系，并告之您所需 要的具体工作条件、电路等，以便使传感 器符合您的特定使用要求。
料 位 监 测
测 距 探 头
超声波传感器在造纸工业的应用
各种超声波探头 超 声 波 防 盗 装 置
感谢
谢 谢 ！！
超声波传感器
ultrasonic transducer
制作时间：2010.10.09 修改时间：2011.10.19
内容
超声波的特性
➢ 1、波长与辐射 ➢ 2、反射 ➢ 3、温度效应 频率一般超过20kHz的声音。
温度效应
声波传播的速度“c”可以用下列公式表示。 c=331.5+0.607t (m/s)
衰减
声压在不同距离上的衰减特性
结构与工作原理
➢ 1、开放型超声波传感器
➢ 2、密封型超声波传感器
➢ 3、高频超声波传感器
产生超声波的装置有机械型超声发生器（例如气哨、汽
笛和液哨等）、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超 声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的 磁致伸缩效应制成的电声换能器等。
传感器典型应用框图
扬声器
传感器 主控
扬处声理器器 其他装置
电源
2.主控处理器选型
目前可采用的主控处理器主要有:
单片机 (80C51，C8051F，PIC，……） DSP （TI公司的TMS320C2000系列） 嵌入式处理器（ARM7：S3C44B0X，ARM9……） FPGA （Altera公司的 EP1C3，EP1C6，……）
4、安装
喇叭形谐振器长度与灵敏度方向性
喇叭形谐振器的角度与灵敏度方向性
其他特性
➢ 1、输入电压—输出声压级 ➢ 2、灵敏度的温度特性 ➢ 3、声压级的温度特性 ➢ 4、周围环境特性
输入电压—输出声压级
灵敏度的温度特性
声压级的温度特性
周围环境特性
注意事项
(1) 请避免通过连接隔离电容器或某些其他 方法，施加直流偏压，否则会导致组件损 坏。
可用于扩展处理器外围逻辑的器件：
CPLD （Altera公司的MAX7000A系列，MAX II系 列，……）
实际应用
实际应用
超声波液位测量示意图
输油管检测检测机器人
实际应用
汽车倒车雷达
倒车雷达
鱼群探测器
各种型号的超声波传感器
超声波接近开关
防盗探头
普通超声波探头
防水超声波探头
水 位 监 测 倒 车 雷 达
为了准确地表达辐射，与前部相对比，声 压 (灵敏度) 级衰减6dB的角度被称为半衰 减角度，用θ1/2表示。
灵敏度
声压
辐射特性 (接收器)
辐射特性 (发送器)
应用
➢ 1、应用示例 ➢ 2、发射与接收电路 ➢ 3、距离测量应用 ➢ 4、安装 ➢ 5、增强方向性
超声脉冲发送电路
3、距离测量应用
“Pre”为参考声压 (2×10-4μbar)
声压检测电路
2、灵敏度特性
灵敏度是表示声音接收级的单位，使用下列 公式予以表示。
灵敏度= 20log E/P (dB) 式中,“E”为所产生的电压 (Vrms)，
“P”为输入声压(μbar)。
灵敏度检测电路
3、辐射
把超声波传感器安装在台面上。然后，测 量角度与声压 (灵敏度) 之间的关系。
开放型超声波传感器的构造
振动模拟图
振动模拟
密封型超声波传感器的构造
高频超声波传感器的构造
电气特性
➢ 1、声压特性 ➢ 2、灵敏度特性 ➢ 3、辐射 ➢ 4、额定值
1、声压特性 sound pressure level
声压级 (S.P.L.) 是表示音量的单位，利用下 列公式予以表示。
S.P.L.= 20logP/Pre (dB) 式中,“P”为有效声压 (μbar)，
(2) 许多传感器的设计只针对在空气中的使 用，禁止用于水中。大部分密封型传感器 的结构只针对雨天中之使用，而非完全浸 没水中。
(3) 不得以散件进行存放，否则会导致传感 器互相受损。
注意事项
(4) 由于超声波传感器具有电位方向性，因 此一定要注意其安装位置。
(5) 如果应用于诸如非标准频率等特殊条件， 请与您所购买的公司联系，并告之您所需 要的具体工作条件、电路等，以便使传感 器符合您的特定使用要求。
料 位 监 测
测 距 探 头
超声波传感器在造纸工业的应用
各种超声波探头 超 声 波 防 盗 装 置
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超声波传感器
ultrasonic transducer
制作时间：2010.10.09 修改时间：2011.10.19
内容
超声波的特性
➢ 1、波长与辐射 ➢ 2、反射 ➢ 3、温度效应 频率一般超过20kHz的声音。
温度效应
声波传播的速度“c”可以用下列公式表示。 c=331.5+0.607t (m/s)