超声波传感器
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。
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超声波传感器的基本参数
超声波传感器的基本参数1.发射器：发射器是超声波传感器中负责发射超声波信号的部分。
它通常由晶片、电路板和震动片等组成。
发射器的基本参数包括工作频率、发射角度和功率。
工作频率是指超声波信号的频率，通常在20kHz到200kHz之间。
发射角度是指超声波信号的扩散角度，常见的有15度、30度和60度等。
功率是指发射器输出的超声波信号的功率大小。
2.接收器：接收器是超声波传感器中负责接收反射超声波信号的部分。
它通常由晶片、电路板和麦克风等组成。
接收器的基本参数包括灵敏度、带宽和信噪比。
灵敏度是指接收器对超声波信号的响应灵敏程度，通常以电压或电流来表示。
带宽是指接收器可接收的超声波信号的频率范围，通常为几十kHz到几百kHz。
信噪比是指接收器输出信号与噪声信号的比值，高信噪比可以提高传感器的精确度和可靠性。
3.控制器：控制器是超声波传感器中负责控制发射和接收的部分。
它通常由微控制器或专用集成电路组成。
控制器的基本参数包括工作电压、输出方式和通信接口。
工作电压是指控制器的供电电压范围，通常为3V到5V。
输出方式是指控制器输出测距或探测结果的方式，可以是模拟电压信号、数字信号或开关触发信号等。
通信接口是指控制器与外部设备进行数据交互的接口，通常有UART、I2C和SPI等。
超声波传感器的其他参数还包括测量范围、精度、响应时间和工作温度范围等。
测量范围是指超声波传感器能够测量的最大距离范围，一般为几厘米到几米。
精度是指超声波传感器测量结果与实际值之间的误差程度，通常以百分比或毫米为单位。
响应时间是指超声波传感器从发射超声波到接收并处理信号的时间，一般为几毫秒到几十毫秒。
工作温度范围是指超声波传感器能够正常工作的温度范围，通常为-40°C到+85°C。
超声波传感器的应用广泛，包括距离测量、避障、物体检测和流量测量等。
在工业自动化、智能家居、机器人和汽车领域都有广泛的应用。
通过了解超声波传感器的基本参数，可以更好地选择和使用超声波传感器，并将其应用于相应的领域中。
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和探测的传感器。
它通过发射超声波并测量从目标物体反射回来的超声波的时间来计算目标物体距离，从而实现对目标物体位置的检测。
超声波传感器具有测距精度高、非接触测量、适应性强等优点，因此在工业、医疗、汽车等领域有着广泛的应用。
超声波传感器的原理是利用超声波在空气中的传播特性进行测距。
超声波是频率高于人类可听到频率的波，它在空气中的传播速度为343米/秒。
传感器通过发射超声波脉冲，当超声波遇到目标物体时会被反射回来，传感器接收到反射回来的超声波并测量其时间，然后根据声波的传播时间和速度计算目标物体到传感器的距离。
通过不断地发送和接收超声波，传感器可以实时地监测目标物体的位置和距离变化。
超声波传感器主要由超声波发射器、超声波接收器和控制电路组成。
超声波发射器用于发射超声波脉冲，超声波接收器用于接收反射回来的超声波，并将接收到的信号转换为电信号。
控制电路则负责控制超声波发射和接收的时机，并将测量到的超声波传播时间转换为距离信息。
传感器还包括了外壳、连接线和输出接口等辅助部件，以便将测距结果输出给其他设备进行处理。
超声波传感器具有许多优点，使得它在各个领域都广泛应用。
超声波传感器的测距精度高，可以达到毫米级甚至更高的精度，因此在需要精确探测目标物体位置的应用中很受青睐。
超声波传感器是一种非接触测量技术，不会影响目标物体的外观和性能，也不会受到目标物体颜色、材质等影响，因此适应性强。
超声波传感器操作简单，成本低廉，易于维护，因此在工业自动化、智能家居等领域有着广泛的应用前景。
在工业领域，超声波传感器被广泛应用于测距、测高、物体检测、流量控制等方面。
例如在自动化生产线上，超声波传感器可以用来检测物体的距离和位置，实现自动化控制和装配。
在机械设备上，超声波传感器可以用来监测液位、物料高度等，以保证设备的正常运行。
在汽车制造和智能交通系统中，超声波传感器也被广泛应用于测距和避障，提高了车辆行驶的安全性。
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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超声波传感器的实验报告
一、超声波传感器的定义：
超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。
超声波是振动频率高于20KHz的机械波。
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。
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。
超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
超声波传感器的原理：
二、超声波传感器按其工作原理，可分为
1、压电式
2、磁致伸缩式
3、电磁式
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。
常用的敏感元件材料主要有压电晶体和压电陶瓷。
根据正、逆压电效应的不同，压电式超声波传感器分为发生器（发射探头）和接收器（接收探头）两种，根据结构和使用的波型不同可分为直探头、表面波探头、兰姆波探头、可变角探头、双晶探头、聚焦探头、水浸探头、喷水探头和专用探头等。
压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。
当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。
压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波，其声强可达几十瓦每平方厘米。
压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。
当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。
压电式超声波接收器的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个传感器兼作发生器和接收器两种用途。
典型的压电式超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜等组成。
压电晶片多为圆板形，超声波频率与其厚度成反比。
压电晶片的两面镀有银层，作为导电的极板，底面接地，上面接至引出线。
为了避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片，在压电晶片下粘合一层保护膜。
吸收块的作用是降低压电晶片的机械品质，吸收超声波的能量。
磁致伸缩式超声波传感器
铁磁材料在交变的磁场中沿着磁场方向产生伸缩的现象，称为磁致伸缩效应。
磁致伸缩效应的强弱即材料伸长缩短的程度，因铁磁材料的不同而各异。
镍的磁致伸缩效应最大，如果先加一定的直流磁场，再通以交变电流时，它可以工作在特性最好的区域。
磁致伸缩传感器的材料除镍外，还有铁钻钒合金和含锌、镍的铁氧体。
它们的工作效率范围较窄，仅在几万赫兹以内，但功率可达十万瓦，声强可达几千瓦每平方毫米，且能耐较高的温度。
磁致伸缩式超声波发生器是把铁磁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。
它是用几个厚为0.1-0.4mm的镍片叠加而成，片间绝缘以减少涡流损失，其结构形状有矩形、窗形等。
磁致伸缩式超声波接收器的原理是：当超声波作用在磁致伸缩材料上时，引起材料伸缩，从而导致它的内部磁场（即导磁特性）发生改变。
根据电磁感应，磁致伸缩材料上所绕的线圈里便获得感应电动势。
此电势送到测量电路，最后记录或显示出来。
三、超声波传感器的应用：
1、在医学检测上的应用：B超
用于检测液位的超声波传感器：
●声波漫反射式接近传感器用于检测液位
●声波反射式设计用于检测远处的目标
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●声波接近传感器可有模拟量输出,可适用于精确的连续控制.
●模拟量输出信号和被测物距离的线性斜率可调,满足各种控制要求.
●声波接近传感器可有两个开关点设置,并可通过按钮方便的设置.
●方形和原柱形设计满足不同的现场安装要求.
2、超声波传感器在质检方面的应用——超声波探伤仪
超声波探伤仪主要应用于金属工件内部的质量检测，如检测金属是否有气泡，焊接部位是否有未焊透等缺陷等。
3、利用超声波测液位
超声波测液位是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。
如果从发射超声脉冲开始，到换能器接收到反射波为止的这个时间间隔为已知，就可以求出液面的高度。
根据发射和接收换能器的功能，传感器可分为单换能器和双换能器。
超声波发射和接收换能器可设置在液体介质中，让超声波在液体介质中传播;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，但超声波在空气中的衰减比较厉害。
4、利用超声波测厚度
用超声波测量金属零件、钢管等材料的厚度，具有测量精度高、测试仪器轻便、易于读数或实现连续自动检测等一些优点。
但对于声衰减很大的材料，以及表面凹凸不平或形状很不规格的零件，超声波测量就很困难。
超声波测厚常用脉冲回波法，测厚原理是主控制器产生一定重复频率的脉冲信号，送往发射电路，经电流放大激励压电式探头，以产生重复的超声脉冲，并耦合到被测工件中，脉冲传播到工件的另一面被反射回来，被同一探头接收。
5、利用超声波测流量
超声波流量计的形式有多种,但工业上最常用的有两种,一是传播时差法,二是多普勒法，两种流量计都用于液体测量。
超声波在流体中传播时，在静止流体和流动流体中的传播速度是不同的，利用这一特点可以求出流体的速度，再根据管道流体的截面积，便可知道流体的流量。
四、超声波传感器的前景展望：
1.超声波在农业中的应用及前景展望：
超声测定土壤中的铅；超声处理对种子萌发率的影响；超声处理对植物生长的影响；超声波犁田；超声除虫及促进蚕卵孵化。
2.超声波在矿物加工中的应用
超声波强化泡沫浮选；超声强化矿物浸取；超声强化过滤和脱水；超声用于强化选煤和脱硫。
3.超声波在军事上的应用：军事装备在储备状态下，储存于军事仓库，这些装备
在储备、训练、演习状态均免不了尘埃、污垢的吸附、污染，特别是一些复杂的兵器装备靠人工擦拭保养，难度较大，而一旦采用超声波清洗技术保养兵器装备，问题就迎刃而解。
五、超声波传感器的小结：
随着科学技术的快速发展，超声波将在传感器中的应用越来越广。
在人类文明的历次产业革命中，传感技术一直扮演着先行官的重要角色，它是贯穿各个技术和应用领域的关键技术，在人们可以想象的所有领域中，它几乎无所不在。
传感器是世界各国发展最快的产业之一，在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下，传感器技术得到了飞速的发展和进步。
但就目前技术水平来说，人们可以具体利用的传感技术还十分有限，因此，这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。
展望未来，超声波传感器作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都将有很大的发展空间，它将朝着更加高定位高精度的方向发展，以满足日益发展的社会需求，如声纳的发展趋势基本为：研制具有更高定位精度的被动测距声纳，以满足水中武器实施全隐蔽攻击的需要；继续发展采用低频线谱检测的潜艇拖曳线列阵声纳，实现超远程的被动探测和识别；研制更适合于浅海工作的潜艇声纳，特别是解决浅海水中目标识别问题；大力降低潜艇自噪声，改善潜艇声纳的工作环境。
无庸置疑，未来的超声波传感器将与自动化智能化接轨，与其他的传感器集成和融合，形成多传感器。
随着传感器的技术进步，传感器将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能，最终发展到具有创造力。
在新的世纪里，面貌一新的传感器将发挥更大的作用。