超聲波傳感器的工作原理

歐沁機電

超聲波傳感器是將超聲波信號轉換成其他能量信號（通常是電信號）的傳感器，其工作原理如下：
超聲波的產生
1.主要材料有壓電晶體及鎳鐵鋁合金兩類。由壓電晶體構成的超聲波傳感器是可逆的，能將電能轉化為機械振蕩產生超聲波，接收到超聲波時也能轉化為電能。
2.具體來說，發射器中的壓電晶體在受到電壓激勵時，會發生振動，由此產生超聲波。超聲波是一種高頻聲波，其頻率一般在20kHz到200kHz之間，常見的超聲波傳感器發射的頻率在23 - 40kHz ，也有中心頻率高達200kHz的高頻性傳感器。當外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時會產生共振，此時產生的超聲波最強。
超聲波的傳播與反射
1.超聲波是振動頻率高于20kHz的機械波，具有頻率高、波長短、繞射現象小、方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點，對液體、固體的穿透本領很大。
2.當超聲波傳感器向目標物體發射超聲波后，超聲波在介質（通常是空氣）中傳播，遇到目標物體表面時，一部分聲波會被反射回來，形成反射波。
反射波的接收與處理
1.傳感器中的接收器模塊會接收到反射波，并將其轉化為電信號。接收器中的壓電晶體同樣會受到聲波的振動而產生電信號。
2.接收器將接收到的電信號傳遞給信號處理電路進行處理。信號處理電路首先會計算超聲波的傳播時間，通過知道聲速和傳播時間，就可以得到目標物體與傳感器之間的距離。計算公式為：距離（米）=（經過的時間[秒] * 聲速[米/秒]）/ 2 ，在室溫下，空氣中聲速約為343米/秒 。
此外，一些先進的超聲波傳感器還會采用多普勒效應來實現速度測量。當源波發射者和接收者相對于反射面或目標運動時，從反射波中可以觀察到頻率發生變化，通過反射波中的頻率變化，傳感器可以計算出目標物體的運動速度。

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九月十四日

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ke0909

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