超音波距離感測器

超音波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發射超音波，也可以接收超音波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，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（一個探頭反射、一個探頭接收）等。

基本介紹

• 中文名：超音波距離感測器
• 材料：壓電晶片
• 原理：超音波
• 主要部件：超音波探頭

設計原理

超音波感測器是利用超音波的特性研製而成的感測器。超音波是一種振動頻 率高於聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超音波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超音波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成回波，碰到活動物體能產生都卜勒效應。因此超音波檢測廣泛套用在工業、國防、生物醫學等方面以超音波作為檢測手段，必須產生超音波和接收超音波。完成這種功能的裝置就是超音波感測器，習慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。

性能指標

超聲探頭的核心是其塑膠外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構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，因此每個探頭的性能是不同的，我們使用前必須預先了解它的性能。超音波感測器的主要性能指標包括：

（1）工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。

（2）工作溫度。由於壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超音波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不產生失效。醫療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的製冷設備。

（3）靈敏度。主要取決於製造晶片本身。機電耦合係數大，靈敏度高；反之，靈敏度低。

結構工作原理

當電壓作用於壓電陶瓷時，就會隨電壓和頻率的變化產生機械變形。另一方面，當振動壓電陶瓷時，則會產生一個電荷。利用這一原理，當給由兩片壓電陶瓷或一片壓電陶瓷和一個金屬片構成的振動器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個電信號時，就會因彎曲振動發射出超音波。相反，當向雙壓電晶片元件施加超聲振動時，就會產生一個電信號。基於以上作用，便可以將壓電陶瓷用作超音波感測器。

如超音波感測器，一個複合式振動器被靈活地固定在底座上。該複合式振動器是諧振器以及，由一個金屬片和一個壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動器的一個結合體。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由於振動而產生的超音波，並且可以有效地使超音波聚集在振動器的中央部位。

室外用途的超音波感測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內側。底座固定在盒體的開口端，並且使用樹脂進行覆蓋。對套用於工業機器人的超音波感測器而言，要求其精確度要達到1mm，並且具有較強的超音波輻射。

利用常規雙壓電晶片元件振動器的彎曲振動，在頻率高於75kHz的情況下，是不可能達到此目的的。所以，在高頻率探測中，必須使用垂直厚度振動模式的壓電陶瓷。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個冪的差異會導致在壓電陶瓷振動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，可實現與空氣的聲阻抗相匹配。這種結構可以使超音波感測器在高達數百kHz頻率的情況下，仍然能夠正常工作。

原理與套用

超音波距離感測器可以廣泛套用在物位（液位）監測，機器人防撞，各種超音波接近開關，以及防盜報警等相關領域，工作可靠，安裝方便， 防水型，發射夾角較小，靈敏度高，方便與工業顯示儀表連線，也提供發射夾角較大的探頭。

1、超音波測距儀：

超高能聲波測距技術使超音波測距技術有了重大的突破，它不僅拓寬了超音波測距技術的套用場合（適用極惡劣的工作環境），而且使用智慧型調節技術，大大提高了超音波產品的可靠性及性能指標，讓用戶無後顧憂 。

優秀的回波處理技術，5－50KHZ的超高強波頻率使物位計最大量程可達到120米，適用介質溫度為–20℃— +175℃。智慧型的全自動調節發波頻率，自動的溫差補償功能使其工作更加穩定可靠。HpAWK系列產品還擁有靈活多變的工作方式（供電電源可為12VDC、24VDC、110VAC、220VAC;二/三/四線制同一儀表中可隨意組合。它還擁有先進的遠程GSM、CDMA、網際網路調試功能，使得用戶隨時可以得到技術支持。