超聲波傳感器原理、特點及用途

2020-12-20 嘉準傳感器

超聲波傳感器是將超聲波信號轉換成其他能量信號(通常是電信號)的傳感器。超聲波是振動頻率高於20KHz的機械波。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。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都卜勒效應。超聲波傳感器廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。

超聲波傳感器的分類

傳感器:「能感受規定的被測量件並按照一定的規律轉換成可用

信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成」。傳感器是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,並能將檢測感受到的信息,按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。

目前對傳感器尚無一個統一的分類方法,但比較常用的有如下三種:

1、按傳感器的物理量分類,可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器

2、按傳感器工作原理分類,可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。

3、按傳感器輸出信號的性質分類,可分為:輸出為開關量(「1」和「0」或「開」和「關」)的開關型傳感器;輸出為模擬型傳感器;輸出為脈衝或代碼的數字型傳感器。

在這裡,主要給大家介紹一種在日常生活中運用非常廣泛的,給人類社會帶來很大便利的傳感器——超聲波傳感器以及其在倒車雷達上的應用。

超聲波傳感器基本介紹

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研製而成的傳感器。以超聲波作為檢測手段,必須產生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器,習慣上稱為超聲換能器,或者超聲探頭。

超聲波探頭主要由壓電晶片組成,既可以發射超聲波,也可以接收超聲波。超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構成晶片的材料可以有許多種。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。超聲波傳感器由發送傳感器(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並向空中幅射;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,從而對發送的超聲波進行檢測。控制部分主要對發送器發出的脈衝鏈頻率、佔空比及稀疏調製和計數及探測距離等進行控制。

超聲波傳感器工作原理

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研製而成的傳感器。 聲波是物體機械振動狀態的傳播形式。超聲波是指振動頻率大於20000Hz以上的聲波,其每秒的振動次數很高,超出了人耳聽覺的上限,人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。

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)。在工業中應用主要採用縱向振蕩。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,並且在傳播過程中有衰減。

超聲波在媒質中的反射、折射、衍射、散射等傳播規律,與可聽聲波的規律並沒有本質上的區別。與可聽聲波比較,超聲波具有許多奇異特性:傳播特性──超聲波的衍射本領很差,它在均勻介質中能夠定向直線傳播,超聲波的波長越短,這一特性就越顯著。功率特性──當聲音在空氣中傳播時,推動空氣中的微粒往復振動而對微粒做功。在相同強度下,聲波的頻率越高,它所具有的功率就越大。由於超聲波頻率很高,所以超聲波與一般聲波相比,它的功率是非常大的。空化作用──當超聲波在液體中傳播時,由於液體微粒的劇烈振動,會在液體內部產生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合,會使液體微粒之間發生猛烈的撞擊作用,從而產生幾千到上萬個大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用,會使液體的溫度驟然升高,從而使兩種不相溶的液體(如水和油)發生乳化,並且加速溶質的溶解,加速化學反應。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應稱為超聲波的空化作用。

超聲波的特點:

(1)超聲波在傳播時,方向性強,能量易於集中;

(2)超聲波能在各種不同媒質中傳播,且可傳播足夠遠的距離;(3)超聲波與傳聲媒質的相互作用適中,易於攜帶有關傳聲媒質狀態的信息(診斷或對傳聲媒質產生效應)。

在人類文明的歷次產業革命中,傳感技術一直扮演著先行官的重要角色,它是貫穿各個技術和應用領域的關鍵技術,在人們可以想像的所有領域中,它幾乎無所不在。

隨著傳感器的技術進步,傳感器將從具有單純判斷功能發展到具有學習功能,最終發展到具有創造力。在新的世紀展望未來,超聲波傳感器作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發展空間,它將朝著更加高定位高精度的方向發展。在滿足日益發展的社會需求裡,面貌一新的傳感器將發揮更大的作用。

相關焦點

  • 超聲波傳感器測距方法詳解
    目前有兩種常用的超聲波測距方案。一種是基於單片機或者嵌入式設備的超聲波測距系統,一種是基於CPLD(Complex Programmable Logic Device)的超聲波測距系統。想要了解超聲波測距傳感器的相關應用設計首先我們必須了解超聲波傳感器測距的工作原理。
  • 風杯式風速傳感器工作原理與超聲波風速傳感器工作原理介紹
    打開APP 風杯式風速傳感器工作原理與超聲波風速傳感器工作原理介紹 發表於 2020-04-07 11:50:00 風速傳感器大體上分為機械式(主要有螺旋槳式、風杯式)風速傳感器、熱風式風速傳感器、皮托管風速傳感器和基於聲學原理的超聲波風速傳感器。今天我們主要介紹風杯式風速傳感器和超聲波風速傳感器。
  • 超聲波風速風向傳感器監測及其工作原理
    打開APP 超聲波風速風向傳感器監測及其工作原理 發表於 2020-04-13 14:38:13 風速風向作為重要的氣象要素之一
  • 超聲波避障傳感器及超聲波測距傳感器在機器人中的應用
    當然,這就產生了多傳感器信息的融合處理的問題,增大了信息處理的工作量和難度。除了這種傳感器避障方法,還有很多其他方法融合處理多種傳感器信息,讓全自主機器人實現完美避障,比如:超聲波聲波避障控制法能夠實時監測長距離超聲波傳感器,為機器人搜索開闊路徑。當機器人離障礙物還有一定距離時,超聲波傳感器就能夠檢測到相關信息,並據此控制機器人離開。
  • 液位傳感器 工作原理及特點介紹
    原文地址:http://www.pikacn.com/news/20155/2722.html3、靜壓式液位傳感器是利用防爆流量計液體靜壓力的測量原理工作。一般選用矽壓力測壓傳感器將測量到的壓力轉換成電信號,之後再經放大電路放大和補償電路補償,最後以4~20ma或0~10ma電流方式輸出。
  • 超聲波測距的原理和超聲波測距系統的電路設計詳細概述
    二、 超聲波測距原理 1、 超聲波發生器 為了研究和利用超聲波,人們已經設計和製成了許多超聲波發生器。總體上講,超聲波發生器可以分為兩大類:一類是用電氣方式產生超聲波,一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等;機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同,因而用途也各不相同。
  • 超聲波焊接機原理
    超聲波焊接機利用的都是上述原理,但相同的工作原理下焊接方法卻大有不同,有熔接法、柳焊法、埋植、點焊等等。  超聲波焊接機較其他如電燙合、膠粘、螺絲固定等傳統工藝而言,具有質量好、效率高、節能、環保等特點,主要應用於熱塑性材料的二次連接。
  • 機器人應用的超聲波傳感器解決方案
    機器人通過各種傳感器系統感知外界環境和自身狀態,在複雜的環境自主移動並完成相應的任務,在眾多傳感器中超聲波傳感器以其獨有的特徵而被青睞。對於機器人的應用來說,超聲波傳感器主要用來探測物體的距離以及相對於傳感.器的方位,以便可以進行避障動作。
  • 超聲波測距原理(帶原理圖及源碼)
    超聲波發生器可以分為兩大類:一類是用電氣方式產生超聲波,一類是用機械方式產生超聲波(暫不介紹)。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等;機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同,因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發生器。壓電式超聲波發生方式實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。
  • 超聲波流量傳感器-原來是這樣!
    這裡,我們聊一聊超聲波流量傳感器的工作原理,以及相比較侵入式測量方法有哪些優點。 非侵入式傳感器優點 非侵入式傳感器不會對流動的液體產生物理影響,只是簡單地從外部夾在管子上。而侵入式傳感器會直接影響液體,也不可避免產生一些汙染。
  • 人手一份的傳感器應用原理圖,90%的人都能看懂
    布料張力測量及控制原理▼直滑式電位器控制氣缸活塞行程▼壓阻式傳感器測量液位的工作原理▼MQN型氣敏電阻結構及測量電路▼氣泡式水平儀的工作原理▼擴散矽式壓力傳感器▼▼陶瓷溼度傳感器▼多孔性氧化鋁溼敏電容原理▼基本變間隙型電容傳感器和差動變間隙型電容傳感器的工作原理▼變面積型電容傳感器工作原理▼利用接近開關進行物體位檢測的原理
  • 超聲波傳感器如何應用於採礦冶金領域?
    下面工採網小編和大家聊聊超聲波傳感器在冶金領域的應用有哪些?隨著礦產資源的不斷開採和使用,複雜礦物、二次資源日益成為非常重要的資源來源,其傳統的冶金工藝在處理此類礦物時,有著工序多、高能耗、低效率等一系列問題,需要進一步提高技術水平。近年來,為了使超聲波技術能夠應用於強化冶金工程,超聲波設備的研發一直是研究熱點。
  • 告訴你們超聲波洗碗機的工作原理
    力衛士洗碗機官網介紹超聲波洗碗機的工作原理!超聲波(是一種頻率高於20000赫茲的聲波)洗碗機的工作原理分析,超聲波洗砸機是採用超吉波洗淨原理每秒鐘幾萬次的震蕩,在水中傳導_水受震蕩而產生空化氣泡,氣泡斷組成和爆裂,形成強大盯衝擊力量,在餐具上重複作用瞬間乳化、油脂,去除汙漬同時能打解蔬菜水果表面的殘留農藥,去除表面特殊結構:莢膜、鞭毛、菌毛既能洗餐具,也能洗水果蔬菜等。
  • Arduino教程:認識超聲波傳感器(簡明版)
    超聲波傳感器是一個輸入模塊,提供了非常好的非接觸範圍檢測,性能穩定,易於使用,盲區小,準確度高,測距距離從2釐米到400釐米不等,關鍵是還很便宜,在創客圈應用最為廣泛,包括:機器人測距避障,液位檢測等。
  • 超聲波焊接理論特點—振動與傳導
    #超聲波焊接原理超聲波焊接原理:當超聲波作用於熱塑性塑料的接觸表面時,每秒會產生數萬次高頻振動。超聲波塑料焊接的質量取決於探頭的振幅、施加的壓力和焊接時間。焊接時間和壓頭可調,振幅可由傳感器和振幅改變。操縱杆決定。這三個量的相互作用有一個適當的值。當能量超過適當值時,塑性熔化量大,焊件容易變形。能量小,焊接不易牢固,施加壓力不太大。最佳壓力是焊件邊緣長度和每1mm邊緣的最佳壓力的乘積。超聲波焊接的原理是在超聲波焊接中使用超聲波頻率(大於16KHz)。
  • 超聲波硬度計的測試原理
    超聲波硬度計的測試原理是什麼?超聲波硬度計是一種常用的硬度測量儀器,現在硬度測量已經廣泛的應用於工業生產、科學實驗、國防建設行業中。超聲波硬度計具有高精度、高效率、結構先進、實用方便等多種的優點。下面小編就來為大家具體介紹一下超聲波硬度計的測試原理是什麼吧,希望可以幫助到大家。  近十年來,硬度的測試多基於壓痕法,隨著計算機的廣泛應用,超聲、磁等無損傷硬度測試方法已有了重大突破。
  • 用於機器人的超聲波傳感器模塊
    打開APP 用於機器人的超聲波傳感器模塊 佚名 發表於 2018-05-24 09:10:00 隨著傳感器技術的推廣應用,機器人的發展也備受關注
  • 電導率傳感器的原理_電導率傳感器使用方法
    打開APP 電導率傳感器的原理_電導率傳感器使用方法 發表於 2019-07-02 14:30:11   電導率傳感器應用原理
  • 超聲波傳感器 TSPC-30S1-232/458產品應用詳解
    超聲波液位傳感器是一種常用的測量儀器,被廣泛的應用於多個行業當中。其工作原理是當超聲波液位傳感器工作時,高頻脈衝聲波由換能器(探頭)發出,遇被測物體(水面)表面被反射,折回的反射回波被同一換能器(探頭)接收,轉換成電信號。脈衝發送和接收之間的時間(聲波的運動時間)與換能器到物體表面的距離成正比,聲波傳輸的距離s與聲速c和傳輸時間t之間的關係可以用公式表示:s=cⅹt/2。
  • 超聲波清洗機原理及空化效應原理圖解
    第一次接觸超聲波清洗機的小夥伴可能還不清楚超聲波清洗設備的工作及其原理,今天帶著這個問題為大家詳情講解一下超聲波清洗的原理是怎樣的?超聲波為何可以發生空化效應?首頁,超聲波清洗機的工作原理主要是通過超聲波換能器,將功率超聲頻源的聲能轉換成機械振動,通過清洗槽壁將超聲波輻射到槽子中的清洗液。由於受到超聲波的輻射,使槽內液體中的微氣泡能夠在聲波的作用下從而保持振動。破壞汙物與清洗件表面的吸附,引起汙物層的疲勞破壞而被駁離,氣體型氣泡的振動對固體表面進行清潔。