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
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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
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第7章 超声波传感器
为计数或安全目的，进行人员探测
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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。
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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。
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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
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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。
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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
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第四章 非电量的电测技术
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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
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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）。
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第四章 非电量的电测技术
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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