超聲波傳感器的全面介紹
超聲波傳感器超聲波探頭主要由壓電晶片組成,，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)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等,。

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(zhǎng)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(yáng)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(guó)防,、生物醫(yī)學(xué)等方面以超聲波作為檢測(cè)手段,，必須產(chǎn)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(xí)慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭,。

超聲波傳感器的主要性能指標(biāo) 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(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小,，如直徑和厚度也各不相同,，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能,。

超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：
（1）工作頻率,。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí),，輸出的能量zui大,，靈敏度也zui高。
（2）工作溫度,。由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高,，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低,，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不產(chǎn)生失效,。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備,。
（3）靈敏度,。主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大,，靈敏度高,；反之，靈敏度低,。

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?，它可以將電能轉(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。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,。

室外用途的超聲波傳感器-超聲波測(cè)厚儀傳感器必須具有良好的密封性,，以便防止露水、雨水和灰塵的侵入,。壓電陶瓷被固定在金屬盒體的頂部?jī)?nèi)側(cè),。底座固定在盒體的開口端，并且使用樹脂進(jìn)行覆蓋,。對(duì)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的超聲波傳感器而言,，要求其度要達(dá)到1mm，并且具有較強(qiáng)的超聲波輻射,。

利用常規(guī)雙壓電晶片元件振動(dòng)器的彎曲振動(dòng),，在頻率高于70kHz的情況下，是不可能達(dá)到此目的的,。所以,，在高頻率探測(cè)中,，必須使用垂直厚度振動(dòng)模式的壓電陶瓷。在這種情況下,，壓電陶瓷的聲阻抗與空氣的匹配就變得十分重要,。壓電陶瓷的聲阻抗為2.6×107kg/m2s，而空氣的聲阻抗為4.3×102kg/m2s,。5個(gè)冪的差異會(huì)導(dǎo)致在壓電陶瓷振動(dòng)輻射表面上的大量損失,。一種特殊材料粘附在壓電陶瓷上，作為聲匹配層,，可實(shí)現(xiàn)與空氣的聲阻抗相匹配,。這種結(jié)構(gòu)可以使超聲波傳感器在高達(dá)數(shù)百kHz頻率的情況下，仍然能夠正常工作,。