第七章超声波传感器和红外传感器本章主要内容7.1 超声波传感器7.2 红外传感器7.1 超声波传感器机械振动在空气中的传播称为声波，人耳可听的声波频率范围是16～20kHz，20kHz以上的频率，人的耳朵就听不到了。
通常把超过可听声频率的声波（即大于20kHz）称为超声波，超声波具有很好的定向性和穿透能力。
超声波传感器是利用超声波的一些物理性质，把非电量（如高度、位移、速度等）转换成声学参数（如声速、声阻抗、声衰减等），而这些声学参数又利用某些传感元件（如压电元件）转换成为电参数，因此超声波检测技术是一种非电量检测技术，广泛应用于液位检测、厚度检测和金属探伤等方面。
7.1.1 工作原理1．超声波及其物理性质振动在弹性介质内的传播称为波动，简称波。
超声波的指向性很好，能量集中，因此穿透能力强，能穿透几米厚的钢板，而能量损失不大。
在遇到两种介质的分界面（如空气与某种介质的交界面）时，能产生明显的反射和折射现象，超声波的频率越高，其声波的指向性就越好。
频率在300MHz～300GHz的波称为微波，如图所示。
2．超声波及其波形由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不同，声波的波形也不同，通常有以下几种类型的波形。
（1）纵波质点振动方向与波的传播方向一致的波，称为纵波。
它能在固体、液体和气体中传播。
（2）横波质点振动方向垂直于传播方向的波，称为横波。
当介质质点受到交变的剪切应力作用时，产生切变形变，从而形成横波，它只能在固体中传播。
（3）表面波质点的振动介于纵波与横波之间，沿着表面传播，振幅随深度增加而迅速衰减的波，称为表面波。
表面波质点振动的轨迹是椭圆形（其长轴垂直于传播方向，短轴平行于传播方向）。
表面波的能量随传播深度增加而迅速减弱。
当传播深度超过两倍波长时，质点的振幅就已经很小了。
表面波只能沿着固体的表面传播。
为了测量各种状态下的物理量，应多采用纵波。
纵波、横波及其表面波的传播速度取决于介质的弹性常数及介质密度，气体中声速为344m/s，液体中声速在900～1900m/s。
