超聲波傳感器的工作原理

歐沁機(jī)電

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)（通常是電信號(hào)）的傳感器，其工作原理如下：
超聲波的產(chǎn)生
1.主要材料有壓電晶體及鎳鐵鋁合金兩類。由壓電晶體構(gòu)成的超聲波傳感器是可逆的，能將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振蕩產(chǎn)生超聲波，接收到超聲波時(shí)也能轉(zhuǎn)化為電能。
2.具體來(lái)說(shuō)，發(fā)射器中的壓電晶體在受到電壓激勵(lì)時(shí)，會(huì)發(fā)生振動(dòng)，由此產(chǎn)生超聲波。超聲波是一種高頻聲波，其頻率一般在20kHz到200kHz之間，常見(jiàn)的超聲波傳感器發(fā)射的頻率在23 - 40kHz ，也有中心頻率高達(dá)200kHz的高頻性傳感器。當(dāng)外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振，此時(shí)產(chǎn)生的超聲波最強(qiáng)。
超聲波的傳播與反射
1.超聲波是振動(dòng)頻率高于20kHz的機(jī)械波，具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小、方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)，對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大。
2.當(dāng)超聲波傳感器向目標(biāo)物體發(fā)射超聲波后，超聲波在介質(zhì)（通常是空氣）中傳播，遇到目標(biāo)物體表面時(shí)，一部分聲波會(huì)被反射回來(lái)，形成反射波。
反射波的接收與處理
1.傳感器中的接收器模塊會(huì)接收到反射波，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。接收器中的壓電晶體同樣會(huì)受到聲波的振動(dòng)而產(chǎn)生電信號(hào)。
2.接收器將接收到的電信號(hào)傳遞給信號(hào)處理電路進(jìn)行處理。信號(hào)處理電路首先會(huì)計(jì)算超聲波的傳播時(shí)間，通過(guò)知道聲速和傳播時(shí)間，就可以得到目標(biāo)物體與傳感器之間的距離。計(jì)算公式為：距離（米）=（經(jīng)過(guò)的時(shí)間[秒] * 聲速[米/秒]）/ 2 ，在室溫下，空氣中聲速約為343米/秒 。
此外，一些先進(jìn)的超聲波傳感器還會(huì)采用多普勒效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)速度測(cè)量。當(dāng)源波發(fā)射者和接收者相對(duì)于反射面或目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從反射波中可以觀察到頻率發(fā)生變化，通過(guò)反射波中的頻率變化，傳感器可以計(jì)算出目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)速度。

飄搖a

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九月十四日

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ke0909

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