超聲波傳感器的原理：傳感器和醫(yī)療器械有哪些聯(lián)系？這篇圖文分解為你展示應(yīng)用案例

人們能聽到聲音是由于物體振動(dòng)產(chǎn)生的，它的頻率在20HZ-20KHZ范圍內(nèi)，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(zhì)中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波）。在工業(yè)中應(yīng)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(xiàn)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(yuǎn)。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(cè)量儀器及裝置，并在通迅，醫(yī)療家電等各方面得到廣泛應(yīng)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?zhèn)鞲衅鳎梢詫㈦娔苻D(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發(fā)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(cè)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(fā)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(jì)）。另有一種密封式超聲波傳感器（MA40EI型）。它的 特點(diǎn)是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開關(guān)用，它的性能較好。超聲波應(yīng)用有三種基本類型，透射型用于遙控器，防盜報(bào)警器、自動(dòng)門、接近開關(guān)等；分離式反射型用于測(cè)距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測(cè)厚等。
由發(fā)送傳感器(或稱波發(fā)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(fā)送器傳感器由發(fā)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(dòng)能量轉(zhuǎn)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(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對(duì)發(fā)送的超進(jìn)行檢測(cè).而實(shí) 際使用中，用作發(fā)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(duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測(cè)距離等進(jìn)行控制。
工作程式
若對(duì)發(fā)送傳感器內(nèi)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(jù)所加高頻電壓極性伸長與縮短，于是發(fā)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(diào)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(yīng)的原理，即在壓電元件上施加壓力，使壓電元件發(fā)生應(yīng)變，則產(chǎn)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(jìn)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(cè)倒車路徑上或附近存在的任何障礙物，并及時(shí)發(fā)出警告。所設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)可以同時(shí)提供聲光并茂的聽覺和視覺警告，其警告表示是探測(cè)到了在盲區(qū)內(nèi)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(bào)警檢測(cè)系統(tǒng)，駕駛員心理壓力就會(huì)減少，并可以游刃有余地采取必要的動(dòng)作。
系統(tǒng)構(gòu)成
由發(fā)送傳感器 ( 或稱波發(fā)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(fā)送器傳感器由發(fā)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(dòng)能量轉(zhuǎn)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(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)， 將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對(duì)發(fā)送的超進(jìn)行檢測(cè) . 而實(shí)際使用中，用發(fā)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(duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測(cè)距離等進(jìn)行控制。超聲波傳感器電源 ( 或稱信號(hào)源 ) 可 用 DC12V ± 10 % 或 24V ± 10 % 。
工作模式
超聲波傳感器利用聲波介質(zhì)對(duì)被檢測(cè)物進(jìn)行非接觸式無磨損的檢測(cè)。超聲波傳感器對(duì)透明或有色物體，金屬或非金屬物體，固體、液體、粉狀物質(zhì)均能檢測(cè)。其檢測(cè)性能幾乎不受任何環(huán)境條件的影響，包括煙塵環(huán)境和雨天。
檢測(cè)模式
超聲波傳感器主要采用直接反射式的檢測(cè)模式。位于傳感器前面的被檢測(cè)物通過將發(fā)射的聲波部分地發(fā)射回傳感器的接收器，從而使傳感器檢測(cè)到被測(cè)物。
還有部分超聲波傳感器采用對(duì)射式的檢測(cè)模式。一套對(duì)射式超聲波傳感器包括一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器，兩者之間持續(xù)保持“收聽”。位于接收器和發(fā)射器之間的被檢測(cè)物將會(huì)阻斷接收器接收發(fā)射的聲波，從而傳感器將產(chǎn)生開關(guān)信號(hào)。
檢測(cè)范圍和聲波發(fā)射角
超聲波傳感器的檢測(cè)范圍取決于其使用的波長和頻率。波長越長，頻率越小，檢測(cè)距離越大，如具有毫米級(jí)波長的緊湊型傳感器的檢測(cè)范圍為300~500mm 波長大于5mm的傳感器檢測(cè)范圍可達(dá)8m。一些傳感器具有較窄的6o聲波發(fā)射角，因而更適合精確檢測(cè)相對(duì)較小的物體。另一些聲波發(fā)射角在12o至15o的 傳感器能夠檢測(cè)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(yīng)的電子線路位于常規(guī)傳感器外殼內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)更適合檢測(cè)安裝空間有限的場(chǎng)合。
應(yīng)用
在現(xiàn)實(shí)生活中，我們不難發(fā)現(xiàn)超聲波傳感器的應(yīng)用身影。隨著科技水平的高速發(fā)展，超聲波傳感器的使用范圍也愈來愈廣泛。在人類發(fā)展史上，超聲波傳感器的應(yīng)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(fā)現(xiàn)，原子核和氫彈的發(fā)現(xiàn)，大大縮短了我國和其他先進(jìn)國家的距離，為我國的經(jīng)濟(jì)注入了活力。超聲波傳感器應(yīng)用如此廣泛，你真正知道它的原理和應(yīng)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(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)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。
超聲波探魚器：超聲波測(cè)量技術(shù)其原理很簡單，說得高檔點(diǎn)的名稱叫“多普拉效應(yīng)”，山村孩童便叫“回音”，就如在一山谷叫一聲“你好嗎”，不一會(huì)聽見好像有人學(xué)你的說話一樣“你...好...嗎...”。人們正由此點(diǎn)，開發(fā)出超聲波測(cè)量技術(shù)。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(cè)距，而要在洞內(nèi)用超聲波測(cè)距是一件很困難的事情，很先進(jìn)的科技產(chǎn)品也做不到。
在醫(yī)學(xué)檢測(cè)上的應(yīng)用：B超用于檢測(cè)液位的超聲波傳感器：
●聲波漫反射式接近傳感器用于檢測(cè)液位
●聲波反射式設(shè)計(jì)用于檢測(cè)遠(yuǎn)處的目標(biāo)
●聲波接近傳感器可有模擬量輸出,可適用于精確的連續(xù)控制.
●模擬量輸出信號(hào)和被測(cè)物距離的線性斜率可調(diào),滿足各種控制要求.
●聲波接近傳感器可有兩個(gè)開關(guān)點(diǎn)設(shè)置,并可通過按鈕方便的設(shè)置.
●方形和原柱形設(shè)計(jì)滿足不同的現(xiàn)場(chǎng)安裝要求.
超聲波傳感器在質(zhì)檢方面的應(yīng)用——超聲波探傷儀，超聲波探傷儀主要應(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。現(xiàn)以超聲波電子束焊縫檢測(cè)系統(tǒng)為例來說明超聲波探傷儀的應(yīng)用
超聲波傳感器在各國無不受到各界人士的喜愛。對(duì)于高科技這個(gè)詞，我們并不陌生，電腦，手機(jī)等的使用，已使我國進(jìn)入了科技時(shí)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(cè)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(yī)療等機(jī)構(gòu)，可以化療癌癥等疾病。通過上文的介紹，相信大家已經(jīng)對(duì)超聲波傳感器有了詳細(xì)的認(rèn)識(shí)吧!
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超聲波傳感器的原理：超聲波傳感器原理、特點(diǎn)及用途

常用的超聲波傳感器由壓電晶片組成，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)探頭發(fā)射、一個(gè)探頭接收）等。

超聲波傳感器是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)的傳感器。超聲波是振動(dòng)頻率高于20KHz的機(jī)械波。具有頻率高、波長短、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。對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中。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)。廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。詳細(xì)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(cè)量非聲量時(shí)，主要是通過某些媒介質(zhì)的聲學(xué)特性，其中最廣的是媒介質(zhì)的聲速。
　　這主要是因?yàn)橐弧⒚浇橘|(zhì)的聲速與媒介質(zhì)有很多直接或間接的關(guān)系。有的已有現(xiàn)存的公式，有的或在一定條件下，仍然可以建立一些近似關(guān)系式。
　　二、媒介質(zhì)的聲速與媒介質(zhì)所處的狀態(tài)有一定的關(guān)系。比如，媒介質(zhì)所處的溫度、流速等，這些物理量的變化也會(huì)引起媒介質(zhì)聲速的變化。
　　三、可以利用超聲波在介質(zhì)中速度，測(cè)量距離。有些媒介質(zhì)中超聲波的聲速基本上是恒定的，通過時(shí)間函數(shù)，即可計(jì)算出相應(yīng)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(duì)媒介質(zhì)的輻射阻抗來體現(xiàn)的。可以測(cè)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(chǎng)合兩者都不適用時(shí)，才采用聲衰減進(jìn)行測(cè)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(cè)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(tǒng)、泊車輔助系統(tǒng)、制動(dòng)力輔助系統(tǒng)（BAS）以及主動(dòng)巡航系統(tǒng)（ACC）中，都安裝了測(cè)距傳感器，它們大多數(shù)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(jī)械波。超聲波傳感器具有發(fā)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(jié)構(gòu)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(guān)鍵部件是塑料或金屬外殼內(nèi)的壓電晶片，它和控制器之間有兩根線連接，發(fā)射的電信號(hào)和返回的電信號(hào)都通過這兩根導(dǎo)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(nèi)部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板，對(duì)它的兩極施加脈沖信號(hào)，當(dāng)其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)，壓電晶片將發(fā)生共振，并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。反之，如果兩電極間未施加電壓，當(dāng)共振板接收到回波時(shí)，迫使壓電晶片振動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。
總之，超聲波傳感器既能發(fā)射超聲波，也能接收超聲波。在發(fā)射超聲波時(shí)，將電能轉(zhuǎn)換成超聲波；在收到回波時(shí)，將超聲波的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，所以被稱為“超聲波換能器”
超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，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(jì)時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m／s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，經(jīng)過邏輯電路的處理和計(jì)算，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離（L），計(jì)算公式如下：
L=3401/2式中，L為測(cè)量點(diǎn)與被測(cè)障礙物之間的距離；340為超聲波在空氣中傳輸?shù)慕扑俣龋?為超聲波從發(fā)射器發(fā)出，到碰到障礙物后折回接收器所經(jīng)歷的時(shí)間。

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2.超聲波傳感器功能性能特征
由于圓形壓電晶片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其發(fā)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(cè)的范圍有一定限度，水平面的探測(cè)角度為120°，垂直面的探測(cè)角度為60°。

（1）超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)
①結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本較低。
②超聲波對(duì)雨、雪、霧的穿透力強(qiáng)，可以在惡劣天氣下工作。
③超聲波對(duì)光照和色彩不敏感，可以用于識(shí)別透明以及反射性差的物體。
④不容易受環(huán)境電磁場(chǎng)的干擾。

（2）超聲波傳感器的缺點(diǎn)
①測(cè)距速度不如激光測(cè)距和毫米波測(cè)距。
②超聲波有一定的擴(kuò)散角，只能測(cè)量距離，不可以測(cè)量方位，所以只能在低速（如泊車）時(shí)使用，而且必須在汽車的前、后保險(xiǎn)杠不同方位上安裝多個(gè)超聲波傳感器。
③發(fā)射信號(hào)和余振的信號(hào)都會(huì)對(duì)回波信號(hào)造成覆蓋或者干擾，因此在低于某一距離后就會(huì)喪失探測(cè)功能，這就是普通超聲波傳感器的探測(cè)距離必須大于30cm的原因之一，若小于這個(gè)距離，則系統(tǒng)無法探測(cè)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(shí)安裝攝像頭。