超声波传感器是运用超声波的特性，将超声波信号转换成电信号的传感器。在叙述超声波传感器之前，咱们先来了解一下超声波。
超声波
声波是一种能在气体、液体、固体中传达的机械波。声波按频率可分为次声波、声波和超声波。
声波频率在 16Hz-20kHz 之间，是能为人耳所闻的机械波；次声波便是频率低于16 Hz 的机械，而波超声波则是频率高于20kHz的机械波 。
超声波的特性是频率高、波长短、绕射现象小。它最显着的特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，穿透身手大，碰到介质分界面会发生显着的反射和折射，因而广泛使用于工业检测中。
超声波的传达速度：超声波一般有纵波、横涉及外表波，他们的传达速度，取决于介质的弹性常数及介质密度。气体和液体中只能传达纵波，气体中声速为344m/s，液体中声速为900-1900m/s。在固体中，纵波、横波和外表波三者的声速成必定联系。一般能够为横波声速为纵波声速的一半，外表波声速约为横波声速的90% 。
超声波在介质中传达时，跟着传达间隔的添加，能量逐步衰减。能量的衰减决定于超声波的分散、散射和吸收。
以超声波作为检测手法，能发生超声波和接纳超声波。完结这种功用的设备便是超声波传感器。
超声波传感器
功能指标
超声波传感器的首要功能指标，包含；
（1）作业频率。
作业频率便是压电晶片的共振频率。当加到它两头的沟通电压的频率和晶片的共振频率持平时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
（2）作业温度。
因为压电资料的居里点一般比较高，特别时确诊用超声波探头运用功率较小，所以作业温度比较低，能够长期地作业而不发生失效。医疗用的超声探头的温度比较高，需求独自的制冷设备。
（3）灵敏度。
首要取决于制作晶片自身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。
作业原理
超声波传感器按其作业原理，可分为压电式、磁致弹性式 、电磁式等，以压电式最为常用。
压电式超声波传感器
压电式超声波传感器是运用压电资料的压电效应原理来作业的。常用的灵敏元件资料首要有压电晶体和压电陶瓷。
根据正、逆压电效应的不同，压电式超声波传感器分为发生器（发射探头）和接纳器（接纳探头） 两种，根据结构和运用的波型不同可分为直探头、外表波探头、兰姆波探头、可变角探头、双晶探头、聚集探头、水浸探头、喷水探头和专用探头号。
压电式超声波发生器是运用逆压电效应的原理将高频电振荡转换成高频机械振荡，然后发生超声波。当外加交变电压的频率等于压电资料的固有频率时会发生共振，此刻发生的超声波最强。压电式超声波传感器能够发生几十千赫到几十兆赫的高频超声波，其声强可达几十瓦每平方厘米。
压电式超声波接纳器是运用正压电效应原理进行作业的。当超声波作用到压电晶片上引起晶片弹性，在晶片的两个外表上便发生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经扩大后送到丈量电路，最终记载或显示出来。压电式超声波接纳器的结构和超声波发生器根本相同，有时就用同一个传感器兼作发生器和接纳器两种用处。
典型的压电式超声波传感器结构首要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜等组成。压电晶片多为圆板形，超声波频率与其厚度成反比。压电晶片的双面镀有银层，作为导电的极板，底面接地，上面接至引出线。为了防止传感器与被测件直触摸摸而磨损压电晶片，在压电晶片下粘合一层保护膜。吸收块的作用是下降压电晶片的机械质量，吸收超声波的能量。
磁致弹性式超声波传感器
铁磁资料在交变的磁场中沿着磁场方向发生弹性的现象，称为磁致弹性效应。磁致弹性效应的强弱即资料伸长缩短的程度，因铁磁资料的不同而各异。镍的磁致弹性效应最大，假如先加必定的直流磁场，再通以交变电流时，它能够作业在特性最好的区域。磁致弹性传感器的资料除镍外，还有铁钻钒合金和含锌、镍的铁氧体。它们的作业效率规模较窄，仅在几万赫兹以内，但功率可达十万瓦，声强可达几千瓦每平方毫米，且身手较高的温度。
磁致弹性式超声波发生器是把铁磁资料置于交变磁场中，使它发生机械尺度的替换改动即机械振荡，然后发生出超声波。它是用几个厚为0.1-0.4mm的镍片叠加而成，片间绝缘以削减涡流丢失，其结构形状有矩形、窗形等。
磁致弹性式超声波接纳器的原理是：当超声波作用在磁致弹性资料上时，引起资料弹性，然后导致它的内部磁场（ 即导磁特性）发生改动。根据电磁感应，磁致弹性资料上所绕的线圈里便取得感应电动势。此电势送到丈量电路，最终记载或显示出来。
选型要求
在挑选和设备超声波传感器的时分都需求清晰一些根本条件，否则就会直接影响着传感器的丈量成果。
勘探规模和巨细
要勘探的物体巨细直接影响超声波传感器的检测规模。传感器有必要勘探到必定声级的声响才能够进行输出。大部件能将大部分声响反射给超声波传感器，这样传感器即可在其最远传感间隔检测到此部件。小部件仅能反射较少的一部分声响，然后导致传感规模大大缩小。
勘探物体的特色
运用超声波传感器勘探的抱负物体应体积大、平坦且密度高，并与变换器正面笔直。最难勘探的物体是体积小且由吸音资料制成的物体，或许与变换器呈必定视点的物体。
假如液面停止且与传感器外表笔直，勘探液体就很简单。假如液面动摇大，可延伸传感器的呼应时刻，然后取动摇改动的平均值以取得更共同的读数。可是，超声波传感器还不能精确勘探外表为泡沫状的液体，因为泡沫会使声响的传达方向发生违背。
这时能够运用超声波传感器的反向超声形式，勘探形状不规则的物体。在反向超声形式下，超声波传感器会勘探一个平坦布景，如墙面。任何穿过传感器和墙面之间的物体都会阻断声波。传感器即可经过勘探该搅扰来辨认物体的存在。
温度导致的衰减
传感器还规划了温度补偿功用，以调理环境温度的缓慢改动。可是，它不能调理温度梯度或环境温度的快速改动。
周围是否有振荡
无论是传感器自身的振荡仍是邻近机器的振荡，都可能会影响丈量间隔时的精确度。可在设备传感器时用橡胶防振设备来削减这类问题。有时也可运用导轨来消除或下降部件振荡。
环境导致的误测
邻近的物体可能会反射声波。要精确勘探方针物体，有必要下降或消除邻近声响反射外表的影响。为了防止误测邻近物体，许多超声波传感器都装有LED指示灯，用于在设备时指示操作人员，以保证正确设备传感器并下降误测危险。
超声波传感器对被检测物进行非触摸式无磨损的检测，它对通明或有色物体，金属或非金属物体，固体、液体、粉状物质均能检测。其检测功能简直不受任何环境条件的影响，包含烟尘环境和雨天。
留意事项
根据超声波传感器的特色和运用中的不同状况，需求留意一下几点：
1、为保证可靠性及延伸运用寿命，请勿在户外或高于额外温度的当地运用传感器。
2、细粉末和棉纱之类的资料在吸收声响时无法被检出（反射型传感器）。
3、喷气嘴喷出的喷气有多种频率，因而会影响传感器且不应在传感器邻近运用。
4、传感器外表的水滴缩短了检出间隔。
5、因为超声波传感器以空气作为传输介质，因而部分温度不一起，分界处的反射和折射可能会导致误动作，风吹时检出间隔也会发生改动。因而，不应在强制通风机之类的设备旁运用传感器。
6、请勿在有蒸汽的区域运用传感器;此区域的大气不均匀。将会发生温度梯度，然后导致丈量过错
7、不能在真空区或防爆区运用传感器。
超声波传感器与声纳传感器的差异
提到超声波传感器，常常会引出声纳传感器，很多人以为这两种是一种传感器，这两种传感器之间有什么差异呢？
声纳传感器直接勘探和辨认水中的物体和水底的概括，声纳传感器宣布一个声波信号，当遇到物体后会反射回来，根据反射时刻及波型去核算它的间隔及方位。 声纳传感器首要用于勘探生物，比方用于勘探水底有哪些生物，生物体形有多大等。常常问你传闻的用于勘探水怪的设备便是声纳传感器。
超声波对液体、固体的穿透身手很大，尤其是在不通明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会发生显着反射构成反射成回波，碰到活动物体能发生多普勒效应。 超声波传感器是运用超声波的特性研发而成的传感器。在工业方面，超声波的典型使用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。超声波传感器在医学上的使用首要是确诊疾病，它已经成为了临床医学中不行短少的确诊办法。
