超聲波傳感器
 
一、原理簡(jiǎn)述：
    超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。
　　超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測(cè)作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。
　　超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)，包括；
　　（1）工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高。
　　（2）工作溫度。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別是診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不產(chǎn)生失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。
　　（3）靈敏度。主要取決于制作工藝。靈敏度高，發(fā)射功率就可降低，分辨率高，檢測(cè)距離遠(yuǎn)。
二、主要用途
    超聲波距離傳感器可以廣泛應(yīng)用在物位（液位）監(jiān)測(cè)，機(jī)器人防撞，各種超聲波接近開(kāi)關(guān)，以及防盜報(bào)警等相關(guān)領(lǐng)域，工作可靠，安裝方便， 防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。
1、超聲波測(cè)距儀：
超聲波測(cè)量技術(shù)其原理很簡(jiǎn)單。在空中，當(dāng)聲音鼓動(dòng)空氣而向前傳遞訊息時(shí)，遇到大小不同、軟硬不一的物體時(shí)，其會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)強(qiáng)弱的反射聲音。而我們以超聲波傳感器接收此反彈回來(lái)的聲音，計(jì)算其從發(fā)射到反彈的時(shí)間差，再根據(jù)聲音的傳播速度，就可知道前面物體與你的距離。再由其反彈的聲音的強(qiáng)弱，得知物體的大小，此為超聲波在空中測(cè)量的應(yīng)用原理。
超聲波測(cè)距可用于檢測(cè)液位，物位（庫(kù)容），明渠流量， 接近開(kāi)關(guān)。在化工、電力、冶金、煤礦、碼頭、水處理、輕工及食品衛(wèi)生等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。
2、超聲波探傷
   超聲波探傷主要應(yīng)用于金屬工件內(nèi)部的質(zhì)量檢測(cè)，如檢測(cè)金屬是否有氣泡，焊接部位是否有未焊透等缺陷等。它的原理同樣是運(yùn)用了超聲波的反射、折射、繞射等。首先把超聲波發(fā)射到被測(cè)金屬中，超聲波在金屬中傳遞時(shí)，碰到裂紋、氣泡或其他缺陷，就會(huì)發(fā)生超聲波的反射、折射、繞射等。再用超聲波傳感器接收反射、折射、繞射信號(hào)，就可判斷金屬的內(nèi)部質(zhì)量情況。
現(xiàn)以超聲波電子束焊縫檢測(cè)系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明超聲波探傷儀的應(yīng)用：
三、超聲波傳感器應(yīng)用前景展望
    隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在傳感器中的應(yīng)用越來(lái)越廣。在人類文明的歷次產(chǎn)業(yè)革命中，傳感技術(shù)一直扮演著先行官的重要角色，它是貫穿各個(gè)技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，在人們可以想象的所有領(lǐng)域中，它幾乎無(wú)所不在。傳感器是世界各國(guó)發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一，在各國(guó)有關(guān)研究、生產(chǎn)、應(yīng)用部門(mén)的共同努力下，傳感器技術(shù)得到了飛速的發(fā)展和進(jìn)步。但就目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，人們可以具體利用的傳感技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無(wú)限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來(lái)，超聲波傳感器作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿足日益發(fā)展的社會(huì)需求，如聲納的發(fā)展趨勢(shì)基本為：研制具有更高定位精度的被動(dòng)測(cè)距聲納，以滿足水中武器實(shí)施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線譜檢測(cè)的潛艇拖曳線列陣聲納，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動(dòng)探測(cè)和識(shí)別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識(shí)別問(wèn)題；大力降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。無(wú)庸置疑，未來(lái)的超聲波傳感器將與自動(dòng)化智能化接軌，與其他的傳感器集成和融合，形成多傳感器。隨著傳感器的技術(shù)進(jìn)步，傳感器將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。在新的世紀(jì)里，面貌一新的傳感器將發(fā)揮更大的作用。

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