超声波传感器原理与应用
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；
超声波传感器工作原理及在测量中的应用
超声波传感器工作原理及在测量中的应用[摘要]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。
[关键字]：结构、工作原理超声波流量测量超声波探伤总结[正文]：1.超声波传感器结构、工作原理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。
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，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：（1）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。
超声波温度传感器原理
超声波温度传感器原理超声波温度传感器原理及其应用随着科技的飞速发展，人类在传感器技术领域取得了显著的进步。
其中，超声波温度传感器作为一种新型的测量手段，在众多领域中得到了广泛的应用。
本文将详细阐述超声波温度传感器的工作原理，并探讨其在实际生活中的具体应用。
一、超声波温度传感器的基本概念超声波温度传感器是一种利用超声波作为信息载体来实现对温度的测量和监控的设备。
它具有响应速度快、精度高、稳定性好等优点，因此被广泛应用于各种环境条件下的温度测量和控制。
二、超声波温度传感器的工作原理1. 基本工作原理：超声波温度传感器的工作原理主要基于超声波在不同温度下传播速度的变化。
当超声波在介质中传播时，其速度会受到介质温度的影响。
在一定范围内，介质温度越高，超声波的传播速度越快；反之，介质温度越低，超声波的传播速度越慢。
2. 温度测量方法：超声波温度传感器通常采用反射法或透射法来进行温度测量。
在反射法中，传感器发出的超声波经过待测物体表面反射后返回到传感器，通过测量超声波往返的时间差可以计算出超声波在介质中的传播速度，进而推算出介质的温度。
在透射法中，超声波穿过待测物体后到达接收器，通过测量超声波穿过待测物体所需的时间可以计算出超声波在介质中的传播速度，从而得到介质的温度。
三、超声波温度传感器的应用1. 工业生产过程中的温度监控：超声波温度传感器能够实时、准确地测量工业生产过程中各环节的温度变化，为生产过程的质量控制提供重要数据支持。
2. 环境监测：超声波温度传感器可用于大气、海洋、土壤等多种环境介质的温度监测，对于环境保护和气候变化研究具有重要意义。
3. 医疗健康领域：超声波温度传感器可应用于体温测量、生物组织热治疗等领域，为医疗诊断和治疗提供了新的技术手段。
4. 航空航天领域：在航空航天领域，超声波温度传感器可用于发动机燃烧室、火箭推进剂储罐等高温环境的温度测量，保障飞行安全。
四、总结超声波温度传感器作为一种先进的温度测量工具，凭借其独特的性能优势和广阔的应用前景，受到了越来越多的关注。
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。
超声波传感器技术的研究与应用
超声波传感器技术的研究与应用近年来，人们生活水平的提高，科技的不断发展，让我们的生活更加便捷和舒适。
其中，超声波传感器技术的研究与应用就是其中一个关键的因素。
一、超声波传感器技术的概述超声波传感器是一种广泛应用于物体检测和测距的技术，主要是通过超声波来实现测量。
其基本原理是：当超声波遇到障碍物时，会发生反射，并返回传感器。
传感器会测量反射回来的时间，并根据时间来计算距离。
因此，超声波传感器可以应用于多种场合，例如测量距离、检测物体是否存在等。
超声波传感器技术的应用非常广泛，其中最常见的就是汽车后方雷达探测器。
它可以帮助行车者更好地了解后方的情况，避免发生事故。
此外，超声波传感器还可以应用于医疗设备、机器人、空调等电器的运行控制等。
可以说，超声波传感器技术已经深入到我们生活的方方面面。
二、超声波传感器技术的优点相比其他测量方式，超声波传感器技术具有以下几个优点：1.高频信号：超声波传感器可在高频信号下工作，这意味着可以对极小的物体进行测量。
2.不受环境影响：超声波传感器可以在各种环境下使用，包括水和空气中。
3.非侵入性：传感器不需要直接接触被测物体，这有效地避免了污染和损坏。
三、超声波传感器技术的研究进展虽然超声波传感器技术已经广泛应用，但是仍有很多方面需要进一步的研究。
以下是几个超声波传感器技术方面的研究进展：1.传感器的选择：超声波传感器的选择关系到设备的准确测量和检测，因此如何选择最适合的传感器是一个值得研究的问题。
2.信号处理：超声波传感器的工作过程中需要进行信号处理，以最小化背景噪声的影响。
因此，如何优化信号处理是一个研究的重点。
3.电源：超声波传感器需要稳定的电源，但是其功耗却是一个不容忽视的问题。
如何在保证稳定电源的同时，尽可能的降低功耗是一个值得探讨的问题。
四、超声波传感器技术的未来发展从目前的研究进展，可以看出超声波传感器技术仍有很大的发展空间。
以下是未来超声波传感器技术的几个发展趋势：1.更高的精度：随着各种行业对精度的要求越来越高，超声波传感器技术也需要不断的改进来提高其精度。
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。
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超声波传感器原理与应用
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波）。
在工业中应用主要采用纵向振荡。
超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。
另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。
在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。
在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。
利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在各个行业得到广泛应用。
超声波应用有三种基本类型，透射型用于遥控器，防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位传感器；反射型用于材料探伤、测厚传感器等。
1、超声波传感器的基本原理
超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。
电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。
压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。
超声波传感器包括三个部分：超声换能器、处理单元和输出级。
首先处理单元对超声换能器加以电压激励，其受激后以脉冲形式发出超声波，接着超声换能器转入接受状态（相当于一个麦克风），处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析，判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。
如果是，就测量超声波的行程时间，根据测量的时间换算为行程，除以2，即为反射超声波的物体距离。
把超声波传感器安装在合适的位置，对准被测物变化方向发射超声波，就可测量物体表面与传感器的距离。
2、环境对超声波测量的影响
（1）空气温度的影响
声波行程时间受气温的影响程度为0.17%/K。
也就是说40℃时的声速相对于20℃时改变了+3.4%，因此测量距离也会改变约+3.4%。
但如果选用的超声波传感器中有温度补偿功能，此影响可忽略不计。
（2）空气湿度的影响
从干燥的空气到饱和湿度的空气中，声速最多增加2%。
因此测量距离改变最大也只有2%。
实际现场中，空气湿度变化不会如此大，此影响一般小于1%。
（3）空气压力的影响
在一固定地点，正常情况下的气压波动为±5%，会造成声速波动约±0.6%。
（4）气流的影响
当风速大于50km/h时，声波速度及方向的改变会大于3%。
在现场使用中，只有靠近被测物表面的几厘米的气流有可能大于20km/h，且垂直于测量方向，故对测量结果的影响可忽略。
（5）油雾的影响
只要防止油雾沉降在超声换能器的有效表面上，就可避免它的影响。