超声波传感器

超声波传感器

超声波传感器是一种以超声波作为检测手段的传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。它能够产生和接收超声波，利用超声波的各种物理特性（波型、传播速度、反射折射、衰减等）实现非接触式测量。

工作原理

超声波传感器按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等类型，其中压电式最为常用。压电式超声波传感器利用压电材料的正、逆压电效应工作：

• 发生器（发射探头）：利用逆压电效应，将高频电振动转换为高频机械振动，从而产生超声波
• 接收器（接收探头）：利用正压电效应，将超声波引起的机械振动转换为电信号

主要结构

• 压电晶片：核心元件，厚度与超声波频率成反比
• 阻尼块（吸收块）：降低晶片机械品质，吸收余振，提高分辨率
• 保护膜：保护压电晶片免受磨损
• 圆锥谐振器、栅孔：通用型传感器的组成部分

应用领域

广泛应用于冶金、船舶、机械等工业部门的超声探测，包括：

• 料位监测、城市液位监控防内涝
• 产品或车辆计数检测
• 高空作业平台防撞检测、车辆避障检测
• 流量检测、生产过程控制检测
• 医疗超声检测、倒车雷达等

特点

• 频率高、波长短、方向性好
• 在空气中衰减快，但在液体、固体中衰减很小，穿透力强
• 碰到介质分界面会产生明显的反射和折射
• 声速受温度影响较大，需采取恒温或温度补偿措施