超音波探測器

利用人耳聽不到的超音波（20000Hz以上）來作為探測源進行探測的設備稱為超音波探測器，一般用於探測移動物體。超音波探測器的工作原理是利用超音波發射， 通過被測物體的反射、回波接收後的時差來測量被測距離的，是一種非接觸式測量儀器。

基本介紹

• 中文名：超音波探測器
• 外文名：ultrasonic detector
• 主要功能：測量距離
• 套用學科：物理

原理

超音波發射器向某一方向發射超音波，在發射時刻的同時開始計時，超音波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超音波接收器收到反射波就立即停止計時。超音波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2。這就是所謂的時間差測距法。

超音波測距的原理是利用超音波在空氣中的傳播速度為已知，測量聲波在發射後遇到障礙物反射回來的時間，根據發射和接收的時間差計算出發射點到障礙物的實際距離。由此可見，超音波測距原理與雷達原理是一樣的。測距的公式表示為：L=C×T

式中L為測量的距離長度；C為超音波在空氣中的傳播速度；T為測量距離傳播的時間差(T為發射到接收時間數值的一半)。

超聲測距原理

超音波測距主要套用於倒車提醒、建築工地、工業現場等的距離測量，雖然目前的測距量程上能達到百米，但測量的精度往往只能達到厘米數量級。由於超音波易於定向發射、方向性好、強度易控制、與被測量物體不需要直接接觸的優點，是作為液體高度測量的理想手段。在精密的液位測量中需要達到毫米級的測量精度，但是目前國內的超音波測距專用積體電路都是只有厘米級的測量精度。通過分析超音波測距誤差產生的原因，提高測量時間差到微秒級，以及用LM92溫度感測器進行聲波傳播速度的補償後，我們設計的高精度超音波測距儀能達到毫米級的測量精度。

類型

按照其結構和安裝方法不同分為兩種類型，一種是將兩個超音波換能器安裝在同一個殼體內，即收、發合置型，其工作原理是基於聲波的都卜勒效應，也稱為都卜勒型。其發射的超音波的能場分布具有一定的方向性，一般為面向方向區域呈橢圓形能場分布。另一種是將兩個換能器分別放置在不同的位置，即收、發分置型，稱為聲場型探測器，它的發射機與接收機多採用非定向型（即全向型）換能器或半向型換能器。非定向型換能器產生半球型的能場分布模式，半向型產生錐形能場分布模式。

收、發分置的超音波探測器警戒範圍大，可控制幾百立方米空間，多組使用可以警戒更大的空間。

安裝超音波探測器的空間密封性要求高，不應有大容量的空氣流動，不能有過多的門窗且需緊閉。應該避開通風設備及氣體的流動。用超音波探測器保護的空間隔音性能要好，以減少外界噪聲引起的誤報。超音波對物體沒有穿透性，因此使用時應避免物體的遮擋，玻璃、隔板、房門等對超音波的反射能力較差，因此不應正對安裝。超音波是以空氣作為傳輸介質的，因此空氣的溫度和相對濕度會影響其探測靈敏度。當溫度為21℃、相對濕度38%時，超音波的衰減最為嚴重，探測範圍也最小。

開關式報警器

開關式報警器是通過各種類型開關的閉合和斷開來控制電路產生通、斷，從而觸發報警。常見的開關有磁控開關、微動開關、壓力墊，或用金屬絲、金屬條、金屬箔等來代用的多種類型開關。

磁控開關又稱磁控管或磁簧開關，由永久磁鐵及乾簧管組成。磁控開關應該避免直接安裝在金屬物體上，必須使用時應使用鋼門專用型磁控開關或改用微動開關或其它類型開關器件。

前置式超音波探測器

前置式超音波探測器原理

傳統的一體式超音波探測器是安裝在每個車位正上方，這樣安裝的弊端是一體式探測器所集成的指示燈容易被停車場的立柱擋住。而採用前置式超音波車位探測器，探測器集成指示燈安裝在車位的正上方，避免了指示燈被立柱遮擋的情況出現。

前置式超音波車位探測器的超音波發射模組里獨特的超音波發射探頭，使得探測更穩定，成功率高達99.9%。超音波發射探頭中間的發射探頭和所述的超射波接收探頭與水平面的整體角度呈最佳角度，解決了普通探測器因個別車輛停放不到位而檢測擋風玻璃信號不穩定的問題。

因為該探測器與傳統設計的不同，有效降低車位的設備成本和施工成本，有效減少施工時間。

套用

用超音波探測器記錄公車人流量的裝置

用超音波探測器記錄公車人流量的裝置是一種能自動記錄公車在每一個站點的各時段人流量的裝置，該裝置由感測器和信號處理電路所組成，感測器採用超音波探測器1，該超音波探測器由超音波發射器11和超音波接收器12所組成，超音波接收器12的輸出端接模/數轉換器21，模/數轉換器21的輸出端接數位訊號處理器22，數位訊號處理器22的輸出端接信號處理器31，信號處理器31還分別與存貯器32，發射接收器33相接，超音波探測器1安裝在車門的門框處，其一側安裝超音波發射器11，另一側安裝超音波接收器12，信號處理器31中的單片機IC1的“RXD、TXD”端還與公交IC卡讀卡機34的讀卡信號線相接。

超音波探測器在地下停車場的套用設計針對大型停車場停車難的問題，用於停車場車位引導系統，依據超音波測距原理提出了測距算法，基於單片機和RS-485匯流排研，編寫了控制程式。從而達到實時顯示停車場剩餘車位，引導泊車人群快速找到車位的目的。

超音波探測器在地下停車場的套用

水中近距超音波探測器發射信號電路的設計

水中近距超音波探測器用於深彈接近目標的探測和引爆.根據多卜勒頻偏檢測原理,該探測器由發射機、轉換電路、接收機和信號處理電路構成,發射信號是設計的關鍵.其時鐘產生電路採用1MHz晶體振盪器,產生500kHz超音波脈衝;分頻控制電路以500kHz為填充頻率的脈衝信號,經過同步檢波後變為多卜勒頻偏值,作為填充的脈衝信號;發射信號電路考慮與水聽器匹配,採用雙發射管並聯結構.這種高頻非周期窄脈衝信號,具有頻率高、能耗小、波長短、繞射現象小、方向性好、發射器體積小等優點,特別適合套用於深彈複合引信中。