传感与检测技术课件：ch8-超声传感器.ppt

超声传感器是一种重要的传感与检测技术，主要用于探测和测量各种物理量，如距离、速度、液位、流量等。超声波是指频率高于20kHz的声波，它具有频率高、波长短、方向性好的特点，能够在气体、液体和固体中传播，尤其在不透明的固体中具有较小的衰减。 超声传感器的工作基于超声波的物理特性，主要包括波的反射、折射和波型转换。当超声波从一种介质传入另一种介质时，由于在不同介质中的传播速度不同，会在异质界面上产生反射和折射。例如，当声波以特定角度入射到固体界面上，除了纵波的反射和折射，还可能产生横波和表面波。其中，横波只在固体中传播，而表面波则介于纵波和横波之间，沿着固体表面传播。 超声传感器的核心是超声换能器，它能够将电能转化为声能（发射超声波）和将声能转化为电能（接收回波）。压电式换能器是最常见的类型，由压电晶片、吸收块和保护膜等组成。压电晶片利用压电效应，当施加电压时产生机械振动发射超声波，而接收超声波时则产生电压信号。直式换能器通常用于发射和接收纵波，压电晶片通常是圆板形状，其厚度与超声波频率成反比。 在实际应用中，超声传感器的性能和效果受到多种因素的影响，如声速、声阻抗和声衰减。声速可以反映介质的状态，如温度变化会影响声速，进而用于测量温度或其他非声学参数。声阻抗率则与媒介的物理属性，如密度、弹性模量、液体黏度等密切相关。而声衰减则是衡量声波在传播过程中能量损失的指标，虽然在某些情况下精度较低，但在其他测量方法不可行时仍有一定用途。 超声传感器通过利用超声波的物理特性，结合换能器的设计和工作原理，可以实现对各种物理量的精确测量。这种技术广泛应用于工业、医疗、科研等领域，对于无损检测、自动化控制和环境监测等方面具有重要意义。