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超聲波傳感器感應(yīng)器概念特點及作用

來源： | 2021-10-01

超聲波換能器和超聲波傳感器是產(chǎn)生或感應(yīng)超聲波能量的設(shè)備。它們可以分為三大類：發(fā)送器、接收器和收發(fā)器。發(fā)射器將電信號轉(zhuǎn)換為超聲波，接收器將超聲波轉(zhuǎn)換為電信號，收發(fā)器既可以發(fā)射也可以接收超聲波。

超聲波感應(yīng)是檢測透明物體的最佳方式之一，具有高可靠性，有些超聲波傳感器可以檢測任何顏色、表面或材料的物體。在其他光學(xué)技術(shù)可能失效的情況下，超聲波傳感器是一種可靠的標(biāo)簽檢測解決方案，可用于任何照明環(huán)境。

本文超聲波傳感器目錄：
1、應(yīng)用和性能
2、換能器
3、在醫(yī)學(xué)上的使用
4、工業(yè)用途

一、超聲波傳感器應(yīng)用程序和性能
超聲波可用于測量風(fēng)速和風(fēng)向（風(fēng)速計）、罐或通道液位以及通過空氣或水的速度。為了測量速度或方向，設(shè)備使用多個檢測器并根據(jù)與空氣或水中顆粒物的相對距離計算速度。為了測量罐或通道液位，以及海平面（潮汐計），傳感器測量到流體表面的距離（測距）。進一步的應(yīng)用包括：加濕器、聲納、醫(yī)學(xué)超聲、防盜報警、無損檢測和無線充電。

系統(tǒng)通常使用換能器，通過將電能轉(zhuǎn)換為聲音，然后在接收到回聲后將聲波轉(zhuǎn)換為可以測量和顯示的電能，從而產(chǎn)生 18 kHz 以上的超聲波范圍內(nèi)的聲波。

這項技術(shù)也可以檢測接近的物體并跟蹤它們的位置。

超聲波還可用于通過在換能器之間傳輸和接收離散的超聲波突發(fā)來進行點對點距離測量。這種技術(shù)被稱為聲納微測量其中的超聲信號的渡越時間的電子測量，（即數(shù)字）和數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換為換能器假定是已知的換能器之間的介質(zhì)的聲速之間的距離。這種方法在時間和空間分辨率方面非常精確，因為飛行時間測量可以通過參考電平或零交叉跟蹤相同的入射（接收）波形得出。這使得測量分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過由換能器產(chǎn)生的聲頻波長。

二、超聲波換能器
超聲波換能器將交流電轉(zhuǎn)換為超聲波，反之亦然。超聲波，通常是指壓電換能器或電容換能器。當(dāng)施加電壓時，壓電晶體會改變尺寸和形狀；交流電壓使它們以相同的頻率振蕩并產(chǎn)生超聲波。電容式換能器使用導(dǎo)電膜片和背板之間的靜電場。

換能器的波束模式可由有效換能器面積和形狀、超聲波波長和傳播介質(zhì)的聲速確定。這些圖表顯示了未聚焦和聚焦超聲換能器在水中的聲場，顯然處于不同的能量水平。

由于壓電材料在受力時會產(chǎn)生電壓，因此它們也可以用作超聲波探測器。一些系統(tǒng)使用單獨的發(fā)射器和接收器，而另一些系統(tǒng)將這兩種功能結(jié)合到一個壓電收發(fā)器中。

超聲波發(fā)射器也可以使用非壓電原理。比如磁致伸縮。當(dāng)暴露在磁場中時，具有這種特性的材料會略微改變尺寸，并制成實用的換能器。

電容器（“冷凝器”）麥克風(fēng)具有響應(yīng)超聲波的薄隔膜。振膜和緊密間隔的背板之間電場的變化將聲音信號轉(zhuǎn)換為電流，該電流可以被放大。

隔膜（或膜）原理也用于相對較新的微機械超聲換能器 (MUT)。這些器件是使用硅微加工技術(shù)（MEMS技術(shù)）制造的，這對制造換能器陣列特別有用?？梢允褂酶裟ず途o密間隔的背板 ( CMUT )之間的電容或通過在隔膜上添加薄薄的壓電材料層 ( PMUT ) 以電子方式測量或感應(yīng)隔膜的振動?；蛘撸罱难芯勘砻鳎裟さ恼駝涌梢酝ㄟ^集成在隔膜內(nèi)部的微型光學(xué)環(huán)形諧振器(OMUS) 來測量。

超聲波換能器也用于聲懸浮。

三、超聲波傳感器在醫(yī)學(xué)中的使用
醫(yī)用超聲換能器（探頭）有各種不同的形狀和尺寸，用于制作身體各個部位的橫截面圖像。換能器可以與皮膚接觸使用，如在胎兒超聲成像中，或插入身體開口，如直腸或陰道。執(zhí)行超聲引導(dǎo)程序的臨床醫(yī)生通常使用探頭定位系統(tǒng)來固定超聲換能器。

四、超聲波傳感器在工業(yè)中使用
在許多自動化工廠和加工廠中，超聲波傳感器可以檢測目標(biāo)的移動并測量它們的距離。傳感器可以具有用于檢測物體運動的開或關(guān)數(shù)字輸出，或與距離成比例的模擬輸出。作為幅材引導(dǎo)系統(tǒng)的一部分，它們可以感應(yīng)材料的邊緣。

超聲波傳感器在汽車中廣泛用作停車傳感器，以幫助駕駛員倒車進入停車位。它們正在接受許多其他汽車用途的測試，包括超聲波人員檢測和輔助自主無人機導(dǎo)航。

由于超聲波傳感器使用聲音而不是光進行檢測，因此它們可以在光電傳感器無法使用的應(yīng)用中工作。超聲波是透明物體檢測和液位測量的絕佳解決方案，這些應(yīng)用由于目標(biāo)半透明而受到光電技術(shù)的困擾。同樣，目標(biāo)顏色或反射率不會影響超聲波傳感器，超聲波傳感器可以在強光環(huán)境中可靠運行。

無源超聲波傳感器可用于檢測高壓氣體或液體泄漏，或其他產(chǎn)生超聲波的危險情況。在這些設(shè)備中，來自換能器（麥克風(fēng)）的音頻被轉(zhuǎn)換為人類聽覺范圍。

高功率超聲波發(fā)射器用于市售超聲波清洗設(shè)備。超聲波換能器固定在裝有溶劑（通常是水或異丙醇）的不銹鋼盤上。方波饋入換能器，在溶劑中產(chǎn)生足以引起空化的聲音。

超聲波技術(shù)已被用于多種清潔目的。在過去十年中，其中一個獲得了相當(dāng)大的吸引力的是超聲波槍清潔。

超聲波檢測還廣泛用于冶金和工程領(lǐng)域，以使用不同類型的掃描來評估腐蝕、焊縫和材料缺陷。
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