超声波传感器详解
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。
超声波传感器工作原理
超声波传感器工作原理超声波传感器是一种使用超声波技术进行测距和探测的装置。
它利用声波的特性来测量目标物体和周围环境的距离和位置信息。
本文将详细介绍超声波传感器的工作原理和应用。
一、超声波传感器的构成超声波传感器通常由发射器、接收器和信号处理电路组成。
其中，发射器用于产生超声波信号，接收器用于接收被测物体反射回来的超声波信号，并将信号转化为电信号，信号处理电路则负责处理接收到的信号并输出相关的测量结果。
二、超声波传感器的工作原理超声波传感器的工作原理基于声波在空气或其他介质中的传播特性。
它的工作过程可以简单分为发射、传播、接收和处理四个阶段。
1. 发射：超声波传感器中的发射器会向目标物体发送一个超声波信号。
这个信号通常是由压电传感器或压电陶瓷组成的振动体产生的，当施加电压时，振动体开始振动，并以声波的形式向外辐射。
2. 传播：发射的超声波信号在空气或其他介质中传播，其传播速度一般是固定的，约为343米/秒。
当遇到目标物体时，部分声波会被目标物体表面反射，一部分会被吸收或折射。
3. 接收：传播的超声波信号被传感器中的接收器接收。
与发射器类似，接收器也是由振动体构成的，当接收到超声波信号时，振动体会产生相应的电信号。
4. 处理：接收到的电信号会经过信号处理电路进行放大、滤波等处理，最终转化为与目标物体距离相关的测量结果。
这些结果可以通过显示器、计算机或其他设备进行显示或进一步处理。
三、超声波传感器的应用超声波传感器具有广泛的应用领域，如测距、障碍物检测、位移测量等。
1. 测距：超声波传感器可以通过测量从传感器到目标物体反射超声波信号的时间差来计算出目标物体与传感器的距离。
这种测距方法被广泛应用于自动驾驶车辆、机器人导航和智能家居等领域。
2. 障碍物检测：超声波传感器可以检测目标物体到传感器之间的障碍物，并发出警报或采取相应的措施。
例如在汽车后方安装超声波传感器，可以提醒驾驶员离障碍物的距离。
3. 位移测量：超声波传感器可以实时测量目标物体的位移，用于机械加工、仪器仪表和自动化控制等领域。
《超声波式传感器》课件
线路板和控制芯片
传感器上的线路板和控制芯片负责信号处理和数据传输。
优缺点分析
优点
非接触式，精度高，测量范围广。
缺点
受环境因素影响，检测路线受限。
应用实例
航空天领域
超声波式传感器用于飞机导航系 统和无人机避障。
工业自动化
超声波式传感器用于物体检测和 测距。
消费电子
超声波式传感器用于手势识别和 智能家居控制。
超声波式传感器
超声波式传感器是一种非接触式传感器，适用于各种应用场景。本课件将介 绍其工作原理、结构组成、优缺点分析、应用实例和发展前景。
介绍
1 什么是超声波式传感器
超声波式传感器利用超声波的发射和接收来测量距离和探测物体的位置。
2 常见的应用场景
超声波式传感器广泛应用于航空航天、工业自动化和消费电子等领域。
发展前景
1 技术不断革新
超声波式传感器的技术不断发展，性能不断提升。
2 应用领域不断拓展
超声波式传感器在医疗、安防等领域有着广泛的应用前景。
3 市场需求增长
随着智能设备的普及，对超声波式传感器的需求不断增长。
总结
1 超声波式传感器的应用前景广阔
在不同领域都有着无限的可能性。
2 发展潜力巨大
随着技术的不断进步，超声波式传感器有望 成为未来重要的技术发展领域的代表之一。
工作原理
1 超声波的发射和接收
传感器通过发射超声波脉冲并接收反射回来的信号来计算距离。
2 时间测量和距离计算
传感器测量超声波的往返时间，并根据声速计算出物体与传感器之间的距离。
结构组成
超声波传感器的主体结构
传感器主体通常由外壳、传感器元件和连接线组成。
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 -。
us015超声波传感器原理
us015超声波传感器原理一、引言us015超声波传感器是一种常用的测距传感器，广泛应用于机器人、无人机、自动驾驶等领域。
本文将从原理的角度对us015超声波传感器进行详细介绍。
二、超声波传感器的基本原理us015超声波传感器通过发射和接收超声波来实现测距。
其基本原理如下：1. 发射超声波：传感器内部的发射器会发出一束超声波脉冲信号，通常频率为40kHz。
2. 超声波的传播：超声波在空气中传播速度为343米/秒，当遇到障碍物时会发生反射。
3. 接收超声波：传感器内部的接收器会接收到反射回来的超声波信号。
4. 计算测距：通过测量发射和接收超声波之间的时间差，通过速度和时间的关系，可以计算出物体与传感器的距离。
三、us015超声波传感器的结构us015超声波传感器由发射器、接收器和控制电路组成。
1. 发射器：发射超声波信号的装置，通常由压电陶瓷材料制成。
2. 接收器：接收反射回来的超声波信号的装置，也是由压电陶瓷材料制成。
3. 控制电路：负责控制发射和接收超声波信号的时序，并计算测距结果。
四、us015超声波传感器的工作过程us015超声波传感器的工作过程可以分为四个步骤：1. 发射超声波信号：控制电路发送一个信号给发射器，使其发射一束超声波脉冲。
2. 接收超声波信号：控制电路切换到接收模式，接收器开始接收反射回来的超声波信号。
3. 测量时间差：控制电路记录发射和接收超声波的时间，计算出时间差。
4. 计算测距：利用时间差和超声波在空气中的传播速度，通过简单的公式计算出物体与传感器的距离。
五、us015超声波传感器的特性和应用us015超声波传感器具有以下特性：1. 非接触测距：传感器工作原理决定了它可以实现非接触测距，适用于各种情况。
2. 高精度：传感器的测距精度通常在1-2cm之间，可以满足大多数应用的精度要求。
3. 高可靠性：传感器采用压电陶瓷材料，具有耐高温、耐腐蚀等特性，使用寿命长。
4. 反射面要求：传感器对物体的反射面要求较高，一般要求物体表面光滑、均匀。
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于非接触式测量过程中的无线传感器，能够通过探测超声波声音来计算出物体距离，而无需实体接触。
它能帮助改善过程的可靠性，让操作更加顺畅精准。
一、超声波传感器的原理超声波传感器会用高频声波代替光，来实现非接触测量的目的。
当发射源发出一轮超声波后，它会被反射回，接收者会将原先轮回发射出的超声波和反射回来的超声波进行比较，从而计算出物体距离。
具体而言，超声波传感器使用一个可编程晶体振荡器，该晶体振荡器可调节超声波的脉冲发生频率，从而发出一轮频率特定的超声波波束，然后将反射回的信号放到接收机中，最后进行数据处理，从而计算出物体距离。
二、超声波传感器的参数超声波传感器的参数包括：1、发射频率：用来控制超声波传播的频率，一般为5kHz~100kHz 。
2、脉冲质量：指发射超声波信号的各个脉冲之间的间隔时间，影响超声波测量精度。
3、发射功率：指发射时超声波传感器功率的强度，越强测量距离越长。
4、脉冲宽度:指一个MAV脉冲的宽度，影响超声波测量深度。
三、超声波传感器的应用超声波传感器可广泛应用于过程控制、物料及容积测量、贴标机构应用、液位检测等领域。
用于精准测量物体的距离及物体的速度、大小，可以更加精确的改善及优化过程控制。
1、过程控制：用于测量液位、位移、渗透率、流量、管道/管塞位置及厚度检测等方面，以维持及改善过程管理。
2、物料及容积测量：超声波传感器能够准确测量周围空间的容积及物料的量，实现自动化的计量、称重及检测物料静止的位置。
3、贴标机构应用：超声波传感器可用于贴标机构，可检测表面的厚度及可编程的检测面。
4、液位检测：可较准确的测量储藏柜及水箱的水位，控制设备的工作状态及数量汇报。
总之，超声波传感器是一种无线传感器，可用于测量距离、物料及容积、贴标机构及液位检测等，可提高及改善过程控制的可靠性，让操作更加顺畅精准。
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。
超声波传感器使用说明
超声波传感器使用说明超声波传感器是一种利用超声波原理进行非接触式测量的传感器，常用于测量距离、确定物体位置和运动状态等。
本文将为您提供一份超声波传感器的使用说明，以帮助您更好地理解和使用这种传感器。
一、超声波传感器的工作原理超声波传感器利用超声波的特性进行工作。
它通过发送超声波信号，然后接收反射回来的信号，根据信号的传播时间、振幅和相位等信息，计算出目标物体与传感器之间的距离、位置和运动状态。
二、超声波传感器的特点1.非接触式测量：超声波传感器无需与目标物体接触，因此适用于各种恶劣环境和高温、高压等极端条件。
2.抗干扰能力强：超声波不易受电磁干扰，因此适用于各种复杂的环境。
3.测量精度高：超声波传感器具有较高的测量精度，能够满足各种实际需求。
4.响应速度快：超声波传感器具有较快的响应速度，能够实时监测目标物体的状态。
三、超声波传感器的应用范围1.距离测量：利用超声波传感器可以测量目标物体与传感器之间的距离，常用于机器人避障、物体定位等。
2.速度检测：通过测量超声波信号往返时间，可以计算出目标物体的运动速度，常用于运动物体监测、交通流量监测等。
3.厚度测量：利用超声波传感器可以测量物体的厚度，常用于材料检测、产品质量控制等。
4.液位测量：利用超声波传感器可以测量液体的液位高度，常用于石油化工、水利工程等领域。
四、超声波传感器的使用说明1.选择合适的型号：根据实际需求选择合适的超声波传感器型号，包括测量范围、精度、频率等参数。
2.安装与调试：按照说明书的要求正确安装超声波传感器，并进行必要的调试。
一般来说，需要根据实际环境调整传感器的灵敏度和增益等参数。
3.操作步骤：首先按下传感器的电源开关，然后等待一段时间让传感器稳定工作；接着通过连接线将传感器与计算机或控制器连接起来；最后根据实际需求编写相应的控制程序，利用传感器输出数据进行数据处理和控制操作。
4.注意事项：在操作过程中需要注意以下几点：避免在高温、湿度过大或存在腐蚀性气体的环境中使用传感器；定期对传感器进行校准和维护以保证测量精度；在安装过程中要确保传感器与目标物体之间没有其他障碍物干扰测量结果；在使用过程中要避免过度振动或冲击导致传感器损坏；在连接线路时要注意正负极不要接反，并且要确保连接牢固可靠；另外还要注意传感器的电压范围和电源稳定性等问题以免烧毁传感器。
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
第7章超声波传感器
图10 - 4给出了几种超声物位传感器旳构造示意图。 超 声波发射和接受换能器可设置水中, 让超声波在液体中传播。 因为超声波在液体中衰减比较小, 所以虽然发生旳超声脉冲 幅度较小也能够传播。超声波发射和接受换能器也能够安装 在液面旳上方, 让超声波在空气中传播, 这种方式便于安装和 维修, 但超声波在空气中旳衰减比较厉害。
第7章超声波传感器
第7章超声波传感器
7.3 超声波传感器旳应用
一、 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旳分界面上 旳反射特征而制成旳。 假如从发射超声脉冲开始, 到接受换 能器接受到反射波为止旳这个时间间隔为已知, 就能够求出分 界面旳位置, 利用这种措施能够对物位进行测量。根据发射和 接受换能器旳功能, 传感器又可分为单换能器和双换能器。 单换能器旳传感器发射和接受超声波均使用一种换能器, 而双 换能器旳传感器发射和接受各由一种换能器担任。
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, 而以压电式最为常用。
压电式超声波探头常用旳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。它是利用压电材料旳压 电效应来工作旳: 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, 可用为接受探头。
散射和吸收, 在理想介质中,声波旳衰减仅来自于声波旳扩散, 即随声波传播距离增长而引起声能旳减弱。散射衰减是固体 介质中旳颗粒界面或流体介质中旳悬浮粒子使声波散射。吸 收衰减是由介质旳导热性、粘滞性及弹性滞后造成旳, 介质吸 收声能并转换为热能。
第7章超声波传感器
7.2
利用超声波在超声场中旳物理特征和多种效应而研制旳 装置可称为超声波换能器、 探测器或传感器。
超声波传感器的原理及应用
超声波传感器的原理及应用超声波传感器是一种能够利用超声波进行测距和检测的设备，具有高精度、非接触、响应快等特点。
其工作原理是利用声音在介质中传播的特性进行测量。
下面将详细介绍超声波传感器的工作原理和应用。
超声波传感器的工作原理可以分为三个步骤：发射超声波、接收超声波和信号处理。
首先，超声波传感器通过振荡器将电能转化为声能，发射超声波。
超声波在空气中以声波的形式传播，穿过空气中的介质直到遇到障碍物。
当超声波遇到障碍物时，一部分超声波会被反射回传感器，传感器的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所需的时间，可以计算出超声波传播的路径长度。
最后，传感器将接收到的信号经过放大和滤波处理后，将距离信息通过电信号的形式输出。
超声波传感器具有广泛的应用领域。
其最常见的应用是测距。
超声波传感器可以测量与障碍物之间的距离，因此广泛应用于地图制作、机器人导航、自动驾驶等领域。
在这些应用中，超声波传感器可以帮助设备感知周围环境，并做出相应的决策。
例如，在自动驾驶领域，车辆通过超声波传感器可以检测到前方障碍物的距离，从而实现避障和自动刹车等功能。
此外，超声波传感器还可以应用于流量测量。
超声波传感器可以通过测量液体或气体中声波的传播速度，并结合管道的几何参数，计算出流体的流速。
这种应用广泛用于工业过程控制、石油化工、环境监测等领域。
另外，超声波传感器还可以应用于液位测量。
由于超声波的能量可以穿透液体，传感器可以通过测量从发射到接收的时间，计算出液体的液位高度。
这种应用广泛用于储罐、水池、井坑等液体容器的液位监测和控制。
另一个常见的应用是超声波传感器在夜视设备和安防系统中的应用。
超声波传感器可以通过检测被监控区域内的物体的运动，来实现警报和报警功能。
例如，当有人接近某个区域时，超声波传感器会发射超声波，如果检测到超声波的反射信号发生变化，那么系统会触发报警。
综上所述，超声波传感器是一种重要的测距和检测设备，其工作原理基于超声波在介质中传播的特性。
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，它通过发射超声波并接收其反射信号来实现距离测量。
超声波传感器主要由发射器、接收器、控制电路和显示装置等组成。
其工作原理如下：
1. 发射器发射超声波。
超声波传感器的发射器会向目标物体发射一束超声波脉冲，超声波是一种机械波，其频率通常在20kHz到200kHz之间。
超声波在空气中传播时速度较快，能够迅速到达目标物体并发生反射。
2. 超声波被目标物体反射。
当超声波遇到目标物体时，会发生反射。
目标物体表面的声波反射系数取决于目标物体的材质、形状和表面状态等因素。
反射信号会返回传感器的接收器。
3. 接收器接收反射信号。
超声波传感器的接收器接收到目标物体反射回来的超声波信号，并将其转换成电信号。
接收到的信号强度与目标物体与传感器之间的距离有关，距离越远，接收到的信号强度越弱。
4. 控制电路处理信号。
接收到的电信号会被传感器内部的控制电路处理，控制电路会根据接收到的信号强度计算出目标物体与传感器之间的距离。
这个距离值可以通过显示装置显示出来，或者通过其他方式输出。
超声波传感器的工作原理简单清晰，其测距精度高、响应速度快，因此在许多领域得到了广泛应用。
例如，在工业自动化中，超声波传感器可用于测量物体到机器人的距离，以便机器人进行精准的定位和操作；在汽车领域，超声波传感器可用
于倒车雷达系统，帮助驾驶员避免碰撞；在智能家居中，超声波传感器可用于智能灯光系统，实现人体感应控制灯光开关。
总之，超声波传感器以其可靠的测距性能和广泛的应用前景，成为了现代传感技术中的重要组成部分。
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
英文名称：ultrasonic sensor定义：利用超声波检测技术，将感受的被测量转换成可用输出信号的传感器。
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。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
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。
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。
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。
超声波式传感器的原理特点及应用
超声波式传感器的原理特点及应用1. 原理介绍超声波式传感器是一种利用超声波进行测量和探测的设备。
其工作原理是利用超声波在介质中传播的特性进行测距或检测目标物体的存在。
以下是超声波式传感器的原理解析：•发射超声波信号：超声波式传感器通过压电材料产生高频超声波信号，并将其发送到目标物体。
•接收反射信号：当发射的超声波信号遇到目标物体时，会发生反射。
传感器会接收到反射的超声波信号。
•测量时间差：传感器会测量超声波信号从发射到接收的时间差，并利用速度和时间来计算距离。
•信号处理：传感器会对接收到的超声波信号进行放大、滤波和分析等处理，以提取有用的信息。
2. 特点与优势超声波式传感器具有以下特点与优势，使其得到广泛应用：•非接触测量：超声波传感器可以在不接触物体的情况下进行测量，避免了与目标物体的物理接触，减少了磨损和损坏的可能性。
•高精度测量：超声波传感器具有较高的测量精度，可以实现毫米级或亚毫米级的精确测量。
•宽测量范围：超声波传感器可以适应不同测量距离的需求，从几毫米到几十米的范围都可以覆盖。
•快速响应：超声波传感器的测量速度较快，响应时间通常在毫秒级别，适合对快速变化的目标进行实时监测。
•抗干扰能力强：超声波传感器对环境光线、温度等外界因素的影响较小，具有良好的抗干扰能力。
•易于集成：超声波传感器的体积较小，重量较轻，易于集成到各种设备和系统中，便于应用。
3. 应用领域由于其特点和优势，超声波式传感器在多个领域得到了广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 距离测量超声波式传感器可以用于测量目标物体与传感器之间的距离，常见的应用场景包括：•工业自动化中的物体定位、测距和位置检测。
•智能车辆和机器人的障碍物避免和跟踪。
•清洁设备中的无人驾驶，如扫地机器人等。
3.2 液位检测超声波式传感器对于液体的测量和检测也具备出色的能力，常见应用包括：•水处理行业中的液位监测和控制。
•油罐和化学液体罐中的液位检测。
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金属壳 吸收块
导 电 螺杆 接线片
保护膜
压 电 晶片
压电式超声波传感器结构
第7章 超声波传感器 磁致伸缩式
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~
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磁致伸缩式超声波传感器:图利9.3用.2铁磁磁致材伸料缩的超声磁波致发伸生器缩效应原理来工作的
• 磁致伸缩式超声波发生器是把铁ห้องสมุดไป่ตู้材料置于交变磁场中，使它产生机械 尺寸的交替变化即机械振动，从而产生出超声波。
第7章 超声波传感器
(3) 波型转换 当声波以某一角度入射到第二介
L
1
S1 2
L1
质（固体）的界面上时,除有纵 波的反射、折射以外，还会发生
介质1
界面
横波的反射和折射
介质2
L2
如果第二介质为液体或气体，则仅
S2
有纵波，而不会产生横波和表面波。
（1）纵波全反射：折射波中便只有 横波存在 （2）横波全反射：介质的分界面上 只传播表面波。
E — 杨氏模量；
— 泊松比；
G —剪切弹性模量。
第7章 超声波传感器
超声波的传播速度与介质密度和弹性特性有关。以水为 例，当蒸馏水温度在0～74℃时，声速随温度的升高而增加， 在74℃时达到最大值，大于74℃后，声速随温度的增加而减 小。此外，水质、压强等也会引起声速的变化。
在固体中，纵波、横波及表面波三者的声速间有一定的关系： 通常可认为横波声速为纵波的一半，表面波声速为横波声速 的90%。气体中纵波声速为344m/s，液体中纵波声速为900～ 1900m/s。
第7章 超声波传感器
7.2 超声波传感器
能够完成产生超声波和接收超声波功能的装置就是超声 波传感器，也称为超声波换能器或超声波探测器。
• 应用： 超声波传播时间传感器、目标探测、流量测量、
液位测量、超声清洗、超声医疗等。 • 特点： 精度高，被测物体不受影响，使用寿命长 • 结构： 直探头、斜探头、双探头和液浸探头 • 工作原理：压电式、磁致伸缩式、电磁式
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； 而正压电效应是将超声振动波转换成电信号，可作为接收探头。
第7章 超声波传感器
压电式
它主要由压电晶片、 吸收块（阻尼块）、保护 膜、引线等组成。 压电 晶片多为圆板形， 厚度 为δ。超声波频率f与其厚 度δ成反比。压电晶片的 两面镀有银层，作导电的 极板。 阻尼块的作用是 降低晶片的机械品质， 吸收声能量。 如果没有 阻尼块，当激励的电脉冲 信号停止时， 晶片将会 继续振荡， 加长超声波 的脉冲宽度，使分辨率变 差。
取决于介质的弹性常数及介质的密度，与自身频率无关。
声速＝ 弹性率 密度
在气体和液体中，由于不存在剪切应力仅有纵波的传播，
其传播速度c为
c 1
Bn
ρ—— Bn——绝对压缩系数。
在固体介质中，纵波、横波、表面波三者的声速分别为
横波 c E 1 G
2(1 )
表面波 c 0.9 G
纵波 c E 1 (1 )(1 2)
R
1
2c2 1c1
1
2c2 1c1
2
,
T 41c1 2c2 (1c1 2c2 )2
若ρ2c2≈ρ1c1，R≈0，T≈1，此时声波几乎没有反射，全部从第一介质透射入第 二介质；
若ρ2c2>>ρ1c1, R≈1，则声波几乎全反射，透射极少。 当ρ1c1>>ρ2c2，R≈1，声波几乎全反射。 在20℃水温时，故超声波从水介质中传播至水气界面时，将发生全反射。
第7章 超声波传感器 表10-1 0～100℃范围内蒸馏水声速随温度的变化
第7章 超声波传感器 表10-1 0～100℃范围内蒸馏水声速随温度的变化
第7章 超声波传感器
（1）反射定律 当波速一致时
＝ '
（2）折射定律
sin c1 sin c2
入射波
介质1 介质2
反射波 ′
界面
折射波
c1—入射声波速, c2—折射声波速
L—入射纵波； L1 —反射纵波； L2 —折射纵波 S1 —反射横波； S2—折射横波。
第7章 超声波传感器 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。
Px P0eax， I x I0e2ax
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；
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
超声波的波型及其传播速度
当超声波由一种介质入射到另一种介质时，由于在两种介质 中传播速度不同，在介质界面上会产生反射、折射和波型转换等 现象。
• 纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致。（固、液、气） • 横波：质点的振动方向垂直于波的传播方向。（固） • 表面波：质点的振动介于纵波和横波之间，沿着表面传播，振幅随深
地震发生后，能量通过波的形式传递，主要体现在纵波（P波）和横波（S波）上。 P波的传递速度快，达到每秒6公里左右，可通过固体、液体和空气介质传递，而横 波的传递速度慢一些，大约在每秒3.5公里，主要通过固体介质传递，两者属于体波 的范畴。与体波相对应的是表面波，面波沿着地表传播，因此从破坏力上看，表面 波的威胁最大，其次是横波和纵波。
第7章 超声波传感器
声波的反射系数和透射系数可分别由如下两式求得:
2
R
Ir I0
c os
cos
2c2
1c1
T
It I0
41c1 2c2 cos2 (1c1 cos 2c2 )2
I0, Ir, It——分别为入射波、反射波、 ρ1c1、ρ2c2——分别为两介质的声阻抗。
当超声波垂直入射界面，即α=β=0时，则
度增加而迅速衰减。（固体表面）
第7章 超声波传感器
• 纵波：质点的振动方向与波的传播方向一致。（固、液、
气）
• 横波：质点的振动方向垂直于波的传播方向。（固）
• 表面波：质点的振动介于纵波和横波之间，沿着表面传
播，振幅随深度增加而迅速衰减。（固体表面）
第7章 超声波传感器
第7章 超声波传感器
超声波的传播速度