超声波传感器原理及应用
第8章超声波传感器原理及应用
次声波
声波
超声波
微波
音乐 语言
0.25 10探6 测 20106
101 102 103 104 105 106
107 Hz
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。
8.1.1 波形及其转换
1.超声波波形 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，超
2）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。散射衰减与散射粒子的形状、尺寸、数量、介质的性质 和散射粒子的性质有关。
3）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。
390k
- R2
A1
LM660
C3 39k 100pF R3
390k
- R4
A2
LM660
100k R5
100k R6
- VD1
A3
LM660
1.6k
VD2
R7
0.01 F
100K
CR58
1M
R9
-
A4
LM660
Uo
5V
R10
10k
RP R12
10k 10k
电路由成运算放大器LMC660构成，接收超声波传感器由 MA40A5R构成。
E1
G1
c横
2(1 )
2 c纵波
c表面 0.9
G
0.9c横
E — 杨氏模量
— 泊松比；
超声波传感器ppt课件
第10章 波与射线传感器
10.1 超声波传感器 10.1.2 超声波传感器
传感器原理及应用
超声波探头结构 动画演示
第10章 波与射线传感器 10.1 超声波传感器
传感器原理及应用
其它应用
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。
超声波传感器应用举例
超声波传感器应用举例（续）
超声波传感器应用举例（续）
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
超声波清洗器
气泡 波浪
清洗物
超声换能器
超声波物理基础
频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。 它的指向性很好，能量集中，因此穿透本 领大，能穿透几米厚的钢板，而能量损失 不大。在遇到两种介质的分界面（例如钢 板与空气的交界面）时，能产生明显的反 射和折射现象，超声波的频率越高，其声 场指向性就愈好。
第10章 超声波传感器 传感器原理及应用
第10章 超声波传感器 传感器原理及应用
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,
2.可闻声波 美妙的音乐可使人陶醉。
压电式超声波传感器
压电式超声波传感器简介压电式超声波传感器是一种常用于测量距离、检测目标位置以及检测物体存在的传感器。
它利用压电效应来产生超声波，并通过测量超声波的回波来实现测量和检测的功能。
本文将介绍压电式超声波传感器的工作原理、特点、应用以及一些常见问题。
工作原理压电式超声波传感器的工作原理基于压电效应和超声波的传播。
压电材料在受到外力作用时会发生形变并产生电荷，这被称为压电效应。
超声波是一种高频声波，是由压电材料振动产生的。
当压电材料振动时，它会产生超声波并向外传播。
当超声波遇到目标物体或障碍物时，会发生回波并被传感器接收到。
传感器通过测量回波的时间延迟来计算出目标物体与传感器之间的距离。
特点高精度测量压电式超声波传感器具有高精度的测量能力。
它可以实现毫米级的距离测量，并且具有较高的测量精度。
这使得压电式超声波传感器在需要精确测量距离的应用领域得到广泛应用。
非接触式测量压电式超声波传感器是一种非接触式的测量技术。
它可以在不接触目标物体的情况下进行测量，并且对目标物体没有干扰。
这使得它非常适用于需要远程测量或对目标物体表面不能有实际接触的应用。
宽工作范围压电式超声波传感器具有宽工作范围的特点。
它可以在不同的环境条件下正常工作，包括室内和室外环境。
不受光照、温度和湿度等因素的影响，可以稳定准确地进行测量。
多功能应用压电式超声波传感器可以应用于多个领域。
它可以用于测量距离、检测目标位置、避障、流量测量等。
在工业自动化、机器人、车辆导航等领域都有广泛的应用。
应用距离测量压电式超声波传感器广泛应用于距离测量领域。
它可以测量目标物体与传感器之间的距离，并提供精确的测量结果。
距离测量应用包括机器人导航、自动驾驶、车辆倒车辅助等。
避障检测压电式超声波传感器也可以用于避障检测。
在自动化设备或机器人中，传感器可以用来检测障碍物的存在，从而避免碰撞或损坏。
它在制造业、仓储物流等领域起着重要的作用。
流量测量压电式超声波传感器还可以用于流量测量。
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。
超声波位置传感器原理
超声波位置传感器原理
超声波位置传感器利用超声波的特性来测量目标物体的位置。
其工作原理可以简单描述为以下几个步骤：
1. 发射声波：传感器首先发射一个声波脉冲，通常使用高频率的超声波，如40kHz。
这个声波脉冲会以一定的速度传播。
2. 接收回波：声波脉冲遇到目标物体后会被反射回传感器，形成回波。
传感器接收回波并将其转化成电信号。
3. 计算时间延迟：通过测量发射声波和接收回波之间的时间延迟，传感器可以确定声波发送和回收之间的时间间隔。
4. 计算距离：根据声波在空气中的传播速度以及时间延迟，传感器可以计算出目标物体与传感器之间的距离。
距离计算公式为：距离 = (声速 ×时间延迟) / 2。
5. 输出位置：通过处理电信号并将其转化为可理解的输出形式，传感器可以提供目标物体的位置信息。
超声波位置传感器的精度和测距范围受到多种因素的影响，包括声波频率、传感器的分辨率、环境的影响等。
该传感器常被用于测量距离和检测物体的位置、运动速度等应用中。
超声波传感器的基本原理
超声波传感器的基本原理
超声波传感器是一种常见的检测装置，通过发射和接收超声波来实现物体的测距、测速等功能。
其基本原理是利用超声波在空气或介质中传播的特性进行测量。
超声波传感器的工作原理主要分为发射和接收两个过程。
首先，在发射过程中，传感器会产生一定频率的超声波信号，通常是通过振荡器将电能转换为机械振动。
然后，这种机械振动会被转换为超声波能量，从而通过传感器的发射器被释放到周围的空气或介质中。
接下来是接收过程。
当发射的超声波遇到物体或界面时，会发生声波的反射、散射或透射。
传感器的接收器会接收到这些反射或回波，并将其转换为电信号。
接收器通常包含一个能够将声波能量转换为电能的压电元件。
根据超声波的传播时间和速度，可以计算出物体与传感器之间的距离。
当超声波传感器应用于测距时，它能够发送一个脉冲信号，并测量该信号被反射回来所需的时间。
根据声速和时间间隔，可以利用速度等式计算出距离。
这种测距原理在很多领域中都被广泛应用，例如智能车辆的避障、工业自动化中的物体检测等。
此外，超声波传感器还可以通过测量超声波的频率变化来实现速度测量。
当物体以不同的速度靠近或远离传感器时，反射回来的超声波频率也会有所变化。
通过测量这种频率变化，我们可以推算出物体的运动速度。
综上所述，超声波传感器的基本原理是利用超声波在空气或介质中的传播特性进行测量。
通过发射和接收超声波来实现测距、测速等功能，为很多领域的应用提供了非接触、高精度、可靠的测量方案。
超声波自动识别原理
超声波自动识别原理引言：超声波自动识别技术是一种基于超声波传感器的非接触式测量方法，广泛应用于工业、医疗、安防等领域。
本文将介绍超声波自动识别的原理及其在实际应用中的重要性。
1. 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测量和检测。
其工作原理是利用压电效应，将电能转换为超声波能量。
当超声波遇到物体时，一部分能量将被物体吸收、散射或反射回传。
传感器接收到反射回来的超声波信号后，通过测量回程时间和信号幅度来判断目标物体的距离和性质。
2. 超声波自动识别的原理超声波自动识别是利用超声波传感器发射超声波并接收反射回来的信号，通过对信号进行处理和分析，实现对目标物体的自动识别。
其原理主要包括以下几个步骤：（1）超声波发射：超声波传感器发射超声波，将电能转换为超声波能量，并将其发送到目标物体上。
（2）信号接收：传感器接收目标物体反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。
（3）信号处理：对接收到的电信号进行放大、滤波和数字化处理，以提高信号的稳定性和可靠性。
（4）特征提取：通过对处理后的信号进行特征提取，获得目标物体的一些特征参数，如距离、形状、质地等。
（5）模式识别：将目标物体的特征参数与预先设置的模式进行比较和匹配，以实现目标物体的自动识别和分类。
3. 超声波自动识别的应用超声波自动识别技术在各个领域都有广泛的应用，例如：（1）工业领域：用于物体的非接触式测量和检测，如距离测量、液位检测、缺陷检测等。
（2）医疗领域：用于医学影像的获取和诊断，如超声波心脏检测、超声波图像测量等。
（3）安防领域：用于人体检测和活动监测，如入侵报警、人流统计等。
（4）智能家居领域：用于智能家居设备的控制和自动化，如声控开关、智能门锁等。
4. 超声波自动识别的优势和局限性超声波自动识别技术具有以下优势：（1）非接触式测量：无需与目标物体直接接触，避免了传统测量方法可能产生的污染和损坏问题。
（2）高精度和稳定性：超声波自动识别具有较高的测量精度和稳定性，适用于各种复杂环境。
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利用超声波进行测量和检测的装置。
其工作原理基于声音在空气中的传播速度快于光速，利用发射器产生超声波脉冲，经过传感器发射出去并在目标物体上发生反射，然后被接收器接收。
具体而言，超声波传感器由发射器和接收器两部分组成。
发射器通过电信号激励发出超声波脉冲，波脉冲传播到目标物体上会被其表面反射回来。
接收器接收到反射回来的波脉冲，并将其转换成相应的电信号。
根据声音在空气中传播的速度和传感器接收到反射波脉冲的时间差，可以计算出目标物体与超声波传感器的距离。
具体的计算公式为：距离 = 速度 ×时间差 / 2。
超声波传感器的测量范围通常为几厘米到几十米，具有很高的测量精度和稳定性。
它广泛应用于工业自动化、车辆安全、智能家居等领域，常用于距离测量、障碍物检测、无人驾驶等应用场景中。
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[日期：2007-06-05] 来源：作者：[字体：大中小]超声波发射原理是把铁磁材料置于交变磁场中，产生机械振动，发射出超声波。
接收原理是当超声波作用在磁致材料上时，使磁滞材料磁场变化，使线圈产生感应电势输出。
超声波传感器原理与应用2008-04-18 02:40超声波传感器原理及应用信息来源：转载发布时间：2008-01-02字号：小中大关键字：超声波传感器1、遥控开关超声波遥控开关可控制家用电器及照明灯。
采用2、液位指示及控制器由于超声波在空气中有一定的衰减，则发送到液面及从液面反射回来的信号大小与液位有关，液面位置越高，信号越大；液面越低则信号就小。
接收到的信号经BG1、BG2放大，经D1、D2整流成直流电压。
当4.7KΩ上的电压超过BG3的导通电压时，有电流流过BG3，电流表有指示，电流大小与液面有关。
A点与上图A点相连接。
当液位低于设置值时，比较器输出为低电平。
BG 不导通，若液位升到规定位置，比较器翻转，输出高电平。
BG导通，J吸合，可通过电磁阀将输液开关关闭，以达到控制的目的（高位控制）。
超声波传感器信息来源：/ca.htm发布时间：2007-11-27字号：小中大关键字：超声波传感器传感器压电陶瓷超声传感器超声波距离传感器超声波传感器的测距系统设计图信息来源：中国超声波发布时间：2008-03-17字号：小中大关键字：超声波传感器安全避障是移动机器人研究的一个基本问题。
障碍物与机器人之间距离的获得是研究安全避障的前提，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点，被广泛用作测距传感器。
本超声波测距系统选用了senscomp公司生产的polaroid6500系列超声波距离模块和600系列传感器，微处理器采用了atmel公司的at89c51。
本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。
1、超声波传感器及其测距原理超声波是指频率高于20khz的机械波[1]。
为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。
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。
超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。
超声波传感器是利用压电效应[1]的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
超声波测距的原理一般采用渡越时间法tof（timeofflight）[2]。
首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，即1、硬件电路设计我们设计的超声波测距系统由polaroid600系列传感器、polaroid6500系列超声波距离模块和at89c51单片机构成。
2.1polaroid600系列传感器此超声波传感器是集发送与接收一体的一种传感器。
传感器里面有一个圆形的薄片，薄片的材料是塑料，在其正面涂了一层金属薄膜，在其背面有一个铝制的后板。
薄片和后板构成了一个电容器，当给薄片加上频率为49.4khz、电压为300vacpk-pk的方波电压时，薄片以同样的频率震动，从而产生频率为49.4khz的超声波。
当接收回波时，polaroid6500内有一个调谐电路，使得只有频率接近49.4khz 的信号才能被接收，而其它频率的信号则被过滤。
polaroid600超声传感器发送的超声波具有角度为30度的波束角[3]，如图1所示：超声波传感器既可以作为发射器又可以作为接收器，传感器用一段时间发射一串超声波束，只有待发送结束后才能启动接收，设发送波束的时间为d，则在d时间内从物体反射回的信号就无法捕捉；另外，超声波传感器有一定的惯性，发送结束后还留有一定的余振，这种余振经换能器同样产生电压信号，扰乱了系统捕捉返回信号的工作。
因此，在余振未消失以前，还不能启动系统进行回波接收，以上两个原因造成了超声传感器具有测量一定的测量范围。
此超声波最近可以测量37cm。
2.2polaroid6500系列超声波距离模块polaroid6500系列超声波距离模块的硬件电路如图2所示：tl851是一个经济的数字12步测距控制集成电路。
内部有一个420khz的陶瓷晶振，6500系列超声波距离模块开始工作时，在发送的前16个周期，陶瓷晶振被8.5分频，形成49.4khz的超声波信号，然后通过三极管q1和变压器t1输送至超声波传感器。
发送之后陶瓷晶振被4.5分频，以供单片机定时用。
tl852是专门为接收超声波而设计的芯片。
因为返回的超声波信号比较微弱，需要进行放大才能被单片机接收，tl852主要提供了放大电路，当tl852接收到4个脉冲信号时，就通过rec 给tl851发送高电平表明超声波已经接收。
2.3at89c51单片机本系统采用at89c51来实现对polaroid600系列传感器和polaroid6500系列超声波距离模块的控制。
单片机通过p1.0引脚经反相器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测int0引脚，当int0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。
计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。
超声波测距的硬件示意图如图3所示：3、系统软件设计系统程序流程图如图4所示：工作时，微处理器at89c51先把p1.0置0，启动超声波传感器发射超声波，同时启动内部定时器t0开始计时。
由于我们采用的超声波传感器是收发一体的，所以在发送完16个脉冲后超声波传感器还有余震，为了从返回信号识别消除超声波传感器的发送信号，要检测返回信号必须在启动发射信号后2.38ms才可以检测，这样就可以抑制输出得干扰。
当超声波信号碰到障碍物时信号立刻返回，微处理器不停的扫描int0引脚，如果int0接收的信号由高电平变为低电平，此时表明信号已经返回，微处理器进入中断关闭定时器。
再把定时器中的数据经过换算就可以得出超声波传感器与障碍物之间的距离。
4、实验数据处理由于受环境温度、湿度的影响，超声传感器的测量值与实际值总有一些偏差，表1列出了本超声测距系统测量值与对应的实际值：表1超声测距系统测量值与实际值单位：cm从表中的数据可以看出，测量值总是比实际值大出大约7cm，经过分析原因主要有三个方面：第一方面，超声波传感器测得的数据受环境温度的影响；第二方面，指令运行需占用一定的时间而使得测量的数据偏大；第三方面，为了防止其他信号的干扰，单片机开始计数时，驱动电路发送16个脉冲串。
对于单个回声的方式，当驱动电路接收到碰到障碍物返回的第四个脉冲时就停止计数，所以最终测得的时间比实际距离所对应的时间多出四个脉冲发送的时间。
为了减小测量值与实际值的偏差，我们采用最小二乘法[4~5]对表1的数据进行修正。
经过拟合，我们得到下面的方程：y=1.0145x-9.3354（其中：y为实际值，x为测量值）修正后本超声波测距系统测量值与实际值的对应关系如表2所示：表2修正后超声测距系统测量值与实际值单位：从修正后的数据我们可以看出，系统的测量误差在±2%以内，满足我们的测量要求。
5、结论利用超声波传感器进行测距，其中主要的就是要保证在电路设计上一定要满足电路工作的可靠性、稳定性。
经过实验与分析，我们认为用6500系列距离模块和600系列超声波传感器进行距离的测量简单、经济、可靠，测得数据的误差比较小机器人上使用超声波传感器的原理作者：Ricky 文章来源：更新时间：2006年07月21日打印此文浏览数：超声波传感器的原理？超声波传感器是用来测量物体的距离。
首先，超声波传感器会发射一组高频声波，一般为40-45KHz，当声波遇到物体后，就会被反弹回，并被接受到。
通过计算声波从发射到返回的时间，再乘以声波在媒介中的传播速度（344 米/秒，空气中）。
就可以获得物体相对于传感器的距离值了。
声波换能器特性声波换能器就好比一个喇叭，能将电流信号转换成高频声波，或者将声波转换成电信号。
（其实多数喇叭都可以当作话筒用，不信大家可以去试一下，用喇叭代替麦克风，也是可以的，只不过麦克风将声波转化成电信号的能力比较强一点。
所以，更加灵敏一点。
）换能器在将电型号转化成声波的过程中，所产生的声波并不是理想中的矩形，（图1-a），而是一个类似花瓣一样形状，参见（图1-b，c）：图1：声波特性值得一提的是，在实际应用中，产生的波形应该是三维的，类似柱状体。
对于机器人的应用来说，超声波传感器主要用来探测物体的距离以及相对于传感器的方位，以便可以进行避障动作。
最理想就是矩形，不但可以准确的获得物体的距离值，也可以准确的获得方位值，就是正前方。
但是实际上，超声波的波束根据应用不同，有宽波束，和窄波束。
宽波束（图1-b）的传感器会检测到任何在波束范围的物体，它可以检测到物体的距离，但是确无法检测到物体的方位，误差最高会有100度左右，机器人将无法准确的确定其避障的动作。
当然，作为只要探测物体有或者无的用途来说，宽波束的传感器是比较理想的。
同理，窄波束可以相对宽波束获得更加精确的方位角。
在选择超声波传感器的时候，这个波形特性是必须要考虑的。
超声波的问题超声波传感器应用起来原理简单，也很方便，成本也很低。
但是目前的超声波传感器都有一些缺点，比如，反射问题，噪音，交叉问题。
反射问题：如果被探测物体始终在合适的角度，那超声波传感器将会获得正确的角度。
但是不幸的是，在实际使用中，很少被探测物体是能被正确的检测的。
图二给出了几个例子。
图2：声波反射图2.a中的情况叫做三角误差，当被测物体与传感器成一定角度的时候，所探测的距离和实际距离有个三角误差。
图2.b中的情况叫做镜面反射，这个问题和高中物理中所学的光的反射是一样的。
在特定的角度下，发出的声波被光滑的物体镜面反射出去，因此无法产生回波，也就无法产生距离读数。
这时超声波传感器会忽视这个物体的存在。
图2.c中的情况可以叫做多次反射。
这种现象在探测墙角或者类似结构的物体时比较常见。
声波经过多次反弹才被传感器接收到，因此实际的探测值并不是真实的距离值。
这些问题可以通过使用多个按照一定角度排列的超声波圈来解决。
通过探测多个超声波的返回值，用来筛选出正确的读数。
噪音：虽然多数超声波传感器的工作频率为40-45Khz，远远高于人类能够听到的频率。
但是周围环境也会产生类似频率的噪音。
比如，电机在转动过程会产生一定的高频，轮子在比较硬的地面上的摩擦所产生的高频噪音，机器人本身的抖动，甚至当有多个机器人的时候，其它机器人超声波传感器发出的声波，这些都会引起传感器接收到错误的信号。
这个问题可以通过对发射的超声波进行编码来解决，比如发射一组长短不同的音波，只有当探测头检测到相同组合的音波的时候，才进行距离计算。