超声波传感器技术原理及应用前景

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1、超声波传感器的技术原理及应用前景一、原理简述：　　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。

2、　　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。　　

3、（2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时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产生失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。　　（3）灵敏度。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。　　二、结构与工作原理　　超声波距离传感器可以广泛应用在物位（液位）监测，机器人防撞，各种超声波接近开关，以及防盗报警等相关领域，工作可靠，安装方便，防水型，发射夹角较小，灵敏度高，方便与工业显示仪表连接，也提供发射夹角较大的探头。　　1、超声波测距仪：　　HpAWK超高能声波测距技术HpAWK系列产品使超声波测距技术有了重

4、大的突破，它不仅拓宽了超声波测距技术的应用场合（适用极恶劣工的工作环境），而且使用智能调节技术，大大提高了超声波产品的可靠性及性能指标，让用户使用无后顾之忧。。　　优秀的回波处理技术，5－50KHZ的超高强发波频率使HAWK物位计最大量程可达到120米，适用介质温度为–20℃—+175℃。智能的全自动调节发波频率，自动的温差补偿功能使其工作更加稳定可靠。HpAWK系列产品还拥有灵活多变的工作方式（供电电源可为12VDC、24VDC、110VAC、220VAC;二/三/四线制同一仪表中可随意组合。它还拥有先进的远程GSM、CDMA、互联网调试功能，使得用户随时可以得到技术支持。　　HpAW

5、K产品以它尖端的技术稳定可靠的工作质量，在化工、电力、冶金、煤矿、码头、水处理、轻工及食品卫生等行业得到广泛的应用。　　2、超声波探鱼器：　　超声波测量技术其原理很简单，说得高档点的名称叫“多普拉效应”，山村孩童便叫“回音”，就如在一山谷叫一声“你好吗”，不一会听见好像有人学你的说话一样“你...好...吗...”。人们正由此点，开发出超声波测量技术。像自然界中，以蝙蝠都可算为代表了，在蝙蝠洞里既要觅食，又要用声波测距，而要在洞内用超声波测距是一件很困难的事情，很先进的科技产品也做不到。在空中，当声音鼓动空气而向前传递讯息时，遇到大小不同、软硬不一的物体时，其会产生相应强弱的反射声音，而

6、我们以咪高峰接收此反弹回来的声音，计算其反弹的时间差距，从而可了解前面物体与你的距离，由其反弹的强弱，得知物体的大小，此为超声波在空中测量的应用原理，一如在机场使用的雷达。　　在水中的情况便有分别，因为水的密度与空气的密度明显不同，同样强度的声音，水中传递和空中传递，完全是两码子的事，故此我们在水中使用超声波探测，先决条件是功率要强大，才能有反弹回来的讯号。1950年代，美国海军的潜艇搜寻技术已充分发展，要搜寻潜艇已不容易，更何况比潜艇小得多的鱼，要从中取得突破，必先从超声波的特性中，找出其奥妙。原来除了功率强大外，其频率高低亦具决定性，而接收讯号后的分析技术，更不容缺少。要在众多讯号中

7、分辨出合适的数据是相当困难的。正因如此，在往后美国民间的不断开发，才渐渐开始有捕鱼船安装了专为搜鱼的超声波探鱼器。而直至目前为止，海洋中使用的超声波探测技术，无论是理论或产品，都以美国为主，后起之日本及德国，亦是近年来才能加入。　　至于中国，在2001年的国际产品展览会中，才有这方面的产品，填补这方面的空白，这就是香港金时(科技)公司，不断努力研制并生产的便携式探鱼器。且与国外主要品牌并驾齐驱，成为真正的高新技术之便携式探鱼器。在医