超聲波傳感器的原理：傳感器和醫療器械有哪些聯系？這篇圖文分解為你展示應用案例

人們能聽到聲音是由于物體振動產生的，它的頻率在20HZ-20KHZ范圍內，超過20KHZ稱為超聲波，低于20HZ的稱為次聲波。常用的超聲波頻率為幾十KHZ-幾十MHZ。
超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波）。在工業中應用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體 中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現象，并且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中則 頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測量儀器及裝置，并在通迅，醫療家電等各方面得到廣泛應用。
超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆傳感器，它可以將電能轉變成機械振蕩而產生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉變成電能，所以它可以分成發送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為23-25KHZ及40-45KHZ。這類傳感器適用于測距、遙控、防盜等用途。該種有T/R-40-60，T/R-40-12等 （其中T表示發送，R表示接收，40表示頻率為40KHZ，16及12表示其外徑尺寸，以毫米計）。另有一種密封式超聲波傳感器（MA40EI型）。它的 特點是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開關用，它的性能較好。超聲波應用有三種基本類型，透射型用于遙控器，防盜報警器、自動門、接近開關等；分離式反射型用于測距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測厚等。
由發送傳感器(或稱波發送器)、接收傳感器(或稱波接收器)、控制部分與電源部分組成。發送器傳感器由發送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超能量并向空中輻 射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產生機械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發送的超進行檢測.而實 際使用中，用作發送傳感器的陶瓷振子也可以用作接收器傳感器社的陶瓷振子。控制部分主要對發送器發出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數及探測距離等進行控制。
工作程式
若對發送傳感器內諧振頻率為40KHz的壓電陶瓷片(雙晶振子)施加40KHz高頻電壓，則壓電陶 瓷片就根據所加高頻電壓極性伸長與縮短，于是發送40KHz頻率的超聲波，其超聲波以疏密形式傳播(疏密程度可由控制電路調制)，并傳給波接收器。接收器 是利用壓力傳感器所采用的壓電效應的原理，即在壓電元件上施加壓力，使壓電元件發生應變，則產生一面為“+ ”極，另一面為“-”極的40KHz正弦電 壓。因該高頻電壓幅值較小，故必須進行放大。 超聲波傳感器使得駕駛員可以安全地倒車，其原理是利用探測倒車路徑上或附近存在的任何障礙物，并及時發出警告。所設計的檢測系統可以同時提供聲光并茂的聽覺和視覺警告，其警告表示是探測到了在盲區內障礙物的距離和方向。這樣，在狹窄的地方不管是泊車還是開車， 借助倒車障礙報警檢測系統，駕駛員心理壓力就會減少，并可以游刃有余地采取必要的動作。
系統構成
由發送傳感器 ( 或稱波發送器 ) 、接收傳感器 ( 或稱波接收器 ) 、控制部分與電源部分組成。發送器傳感器由發送器與使用直徑為 15mm 左右的陶瓷振 子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超能量并向空中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產生機械振動， 將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發送的超進行檢測 . 而實際使用中，用發送傳感器的陶瓷振子的也可以用做接收器傳感器社的陶瓷振子。 控制部分主要對發送器發出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數及探測距離等進行控制。超聲波傳感器電源 ( 或稱信號源 ) 可 用 DC12V ± 10 % 或 24V ± 10 % 。
工作模式
超聲波傳感器利用聲波介質對被檢測物進行非接觸式無磨損的檢測。超聲波傳感器對透明或有色物體，金屬或非金屬物體，固體、液體、粉狀物質均能檢測。其檢測性能幾乎不受任何環境條件的影響，包括煙塵環境和雨天。
檢測模式
超聲波傳感器主要采用直接反射式的檢測模式。位于傳感器前面的被檢測物通過將發射的聲波部分地發射回傳感器的接收器，從而使傳感器檢測到被測物。
還有部分超聲波傳感器采用對射式的檢測模式。一套對射式超聲波傳感器包括一個發射器和一個接收器，兩者之間持續保持“收聽”。位于接收器和發射器之間的被檢測物將會阻斷接收器接收發射的聲波，從而傳感器將產生開關信號。
檢測范圍和聲波發射角
超聲波傳感器的檢測范圍取決于其使用的波長和頻率。波長越長，頻率越小，檢測距離越大，如具有毫米級波長的緊湊型傳感器的檢測范圍為300~500mm 波長大于5mm的傳感器檢測范圍可達8m。一些傳感器具有較窄的6o聲波發射角，因而更適合精確檢測相對較小的物體。另一些聲波發射角在12o至15o的 傳感器能夠檢測具有較大傾角的物體。此外，我們還有外置探頭型的超聲波傳感器，相應的電子線路位于常規傳感器外殼內。這種結構更適合檢測安裝空間有限的場合。
應用
在現實生活中，我們不難發現超聲波傳感器的應用身影。隨著科技水平的高速發展，超聲波傳感器的使用范圍也愈來愈廣泛。在人類發展史上，超聲波傳感器的應用無處不在，只要人類可以想象到的地方，它都能涉足一腳。雜交水稻的發現，原子核和氫彈的發現，大大縮短了我國和其他先進國家的距離，為我國的經濟注入了活力。超聲波傳感器應用如此廣泛，你真正知道它的原理和應用范圍嗎?
超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。
超聲波探魚器：超聲波測量技術其原理很簡單，說得高檔點的名稱叫“多普拉效應”，山村孩童便叫“回音”，就如在一山谷叫一聲“你好嗎”，不一會聽見好像有人學你的說話一樣“你...好...嗎...”。人們正由此點，開發出超聲波測量技術。像自然界中，以蝙蝠都可算為代表了，在蝙蝠洞里既要覓食，又要用聲波測距，而要在洞內用超聲波測距是一件很困難的事情，很先進的科技產品也做不到。
在醫學檢測上的應用：B超用于檢測液位的超聲波傳感器：
●聲波漫反射式接近傳感器用于檢測液位
●聲波反射式設計用于檢測遠處的目標
●聲波接近傳感器可有模擬量輸出,可適用于精確的連續控制.
●模擬量輸出信號和被測物距離的線性斜率可調,滿足各種控制要求.
●聲波接近傳感器可有兩個開關點設置,并可通過按鈕方便的設置.
●方形和原柱形設計滿足不同的現場安裝要求.
超聲波傳感器在質檢方面的應用——超聲波探傷儀，超聲波探傷儀主要應用于金屬工件內部的質量檢測，如檢測金屬是否有氣泡，焊接部位是否有未焊透等缺陷等。現以超聲波電子束焊縫檢測系統為例來說明超聲波探傷儀的應用
超聲波傳感器在各國無不受到各界人士的喜愛。對于高科技這個詞，我們并不陌生，電腦，手機等的使用，已使我國進入了科技時代。超聲波探魚器可以讓人們探索到地下何處有水源，水中何處魚群較多;B超中的超聲波探測器可以讓媽媽們看到腹中的孩子;除此之外，超聲波傳感器還可以用于醫療等機構，可以化療癌癥等疾病。通過上文的介紹，相信大家已經對超聲波傳感器有了詳細的認識吧!
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超聲波傳感器的原理：超聲波傳感器原理、特點及用途

常用的超聲波傳感器由壓電晶片組成，既可以發射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，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（一個探頭發射、一個探頭接收）等。

超聲波傳感器是將超聲波信號轉換成其他能量信號的傳感器。超聲波是振動頻率高于20KHz的機械波。具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等。對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中。碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。詳細閱讀>>

超聲波傳感器的原理：超聲波傳感器的基本原理

　　利用超聲波測量非聲量時，主要是通過某些媒介質的聲學特性，其中最廣的是媒介質的聲速。
　　這主要是因為一、媒介質的聲速與媒介質有很多直接或間接的關系。有的已有現存的公式，有的或在一定條件下，仍然可以建立一些近似關系式。
　　二、媒介質的聲速與媒介質所處的狀態有一定的關系。比如，媒介質所處的溫度、流速等，這些物理量的變化也會引起媒介質聲速的變化。
　　三、可以利用超聲波在介質中速度，測量距離。有些媒介質中超聲波的聲速基本上是恒定的，通過時間函數，即可計算出相應的距離。 除了利用聲速特性外，還有利用聲阻抗原理制作超聲波傳感器。這是通過傳感器對媒介質的輻射阻抗來體現的。可以測定的物理量一般有密度、粘度等。
　　以上兩種是最常見的超聲波傳感器最基本的原理，除了特殊場合兩者都不適用時，才采用聲衰減進行測量。

超聲波傳感器的原理：超聲波傳感器的工作原理與功能介紹

汽車電子測量距離的方法一般分為超聲波、激光、毫米波以及CCD攝像等4種形式。在汽車的車道輔助系統、泊車輔助系統、制動力輔助系統（BAS）以及主動巡航系統（ACC）中，都安裝了測距傳感器，它們大多數采用超聲波傳感器（俗稱“電眼”）。超聲波是指工作頻率在20kHz以上的機械波。超聲波傳感器具有發射聲波和接收聲波的雙重功能，被稱為一體式傳感器。

1.超聲波傳感器結構原理
目前汽車較為常用的是壓電式超聲波傳感器。超聲波傳感器的關鍵部件是塑料或金屬外殼內的壓電晶片，它和控制器之間有兩根線連接，發射的電信號和返回的電信號都通過這兩根導線傳輸給控制器。
壓電式超聲波傳感器是利用壓電晶體的諧振工作的。超聲波傳感器的內部有兩個壓電晶片和一個共振板，對它的兩極施加脈沖信號，當其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將發生共振，并帶動共振板振動，便產生超聲波。反之，如果兩電極間未施加電壓，當共振板接收到回波時，迫使壓電晶片振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。
總之，超聲波傳感器既能發射超聲波，也能接收超聲波。在發射超聲波時，將電能轉換成超聲波；在收到回波時，將超聲波的振動轉換成電信號，所以被稱為“超聲波換能器”
超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返射回來，超聲波接收器收到反射波后立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m／s，根據計時器記錄的時間t，經過邏輯電路的處理和計算，就可以計算出發射點距障礙物的距離（L），計算公式如下：
L=3401/2式中，L為測量點與被測障礙物之間的距離；340為超聲波在空氣中傳輸的近似速度；1為超聲波從發射器發出，到碰到障礙物后折回接收器所經歷的時間。

（汽車維修技術網
2.超聲波傳感器功能性能特征
由于圓形壓電晶片的結構特點，其發射出去的超聲波具有一定的指向性，波束的截面類似橢圓形，所以探測的范圍有一定限度，水平面的探測角度為120°，垂直面的探測角度為60°。

（1）超聲波傳感器的優點
①結構簡單，制造方便，成本較低。
②超聲波對雨、雪、霧的穿透力強，可以在惡劣天氣下工作。
③超聲波對光照和色彩不敏感，可以用于識別透明以及反射性差的物體。
④不容易受環境電磁場的干擾。

（2）超聲波傳感器的缺點
①測距速度不如激光測距和毫米波測距。
②超聲波有一定的擴散角，只能測量距離，不可以測量方位，所以只能在低速（如泊車）時使用，而且必須在汽車的前、后保險杠不同方位上安裝多個超聲波傳感器。
③發射信號和余振的信號都會對回波信號造成覆蓋或者干擾，因此在低于某一距離后就會喪失探測功能，這就是普通超聲波傳感器的探測距離必須大于30cm的原因之一，若小于這個距離，則系統無法探測障礙物。因此，比較好的解決辦法是在安裝超聲波傳感器的同時安裝攝像頭。