第10章 超声波传感器

第10章辐射与波式传感器一、单项选择题1、下列对红外传感器的描述错误的是（）。

A. 红外辐射是一种人眼不可见的光线B. 红外线的波长范围大致在0.76~1000μm之间C. 红外线是电磁波的一种形式，但不具备反射、折射特性D. 红外传感器是利用红外辐射实现相关物理量测量的一种传感器。

2、对于工业上用的红外线气体分析仪，下面说法中正确的是（）A．参比气室内装被分析气体 B.参比气室中的气体不吸收红外线C．测量气室内装N2 D. 红外探测器工作在“大气窗口”之外3、红外辐射的物理本质是（）A．核辐射 B．微波辐射 C．热辐射 D．无线电波4、对于工业上用的红外线气体分析仪，下面说法中错误的是（）A．参比气室内可装N2 B.红外探测器工作在“大气窗口”之内C．测量气室内装被分析气体 D.参比气室中的气体要吸收红外线5、红外线是位于可见光中红色光以外的光线，故称红外线。

它的波长范围大致在 ( )到1000μｍ的频谱范围之内。

A.0.76nmB.1.76nmC.0.76μｍD.1.76μｍ6、在红外技术中，一般将红外辐射分为四个区域，即近红外区、中红外区、远红外区和（）。

这里所说的“远近”是相对红外辐射在电磁波谱中与可见光的距离而言。

A.微波区B.微红外区C.X射线区D.极远红外区7、红外辐射在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是0.2～2.6μｍ、3～5μm和（）,统称它们为“大气窗口”。

A.8～14μｍB.7～15μｍC.8～18μｍD.7～14.5μｍ8、红外探测器的性能参数是衡量其性能好坏的依据。

其中响应波长范围（或称光谱响应），是表示探测器的（）相应率与入射的红外辐射波长之间的关系。

A.电流B.电压C.功率D.电阻9、光子传感器是利用某些半导体材料在入射光的照下，产生（）。

使材料的电学性质发生变化。

通过测量电学性质的变化，可以知道红外辐射的强弱。

光子效应所制成的红外探测器。

A.光子效应B.霍尔效应C.热电效应D.压电效应10、当红外辐射照射在某些半导体材料表面上时，半导体材料中有些电子和空穴可以从原来不导电的束缚状态变为能导电的自由状态，使半导体的导电率增加，这种现象叫（）。

超声波传感器的工作原理1、超声波传感器概述超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。

电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。

压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。

有的超声波传感器既作发送，也作接收。

小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为23～25kHz及40～45kHz。

这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。

另有一种密封式超声波传感器，它的特点是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近开关用，它的性能较好，如下图所示。

▲超声波探头2、超声波传感器的类型与组成超声波应用有三种基本类型，透射型用于遥控器、防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位；反射型用于材料探伤、测厚等。

超声波传感器由发送传感器（或称波发送器）、接收传感器（或称波接收器）、控制部分与电源部分组成。

发送传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成，换能器的作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中辐射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其变换成电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超声波进行检测，如下图所示。

▲超声波发射接收器a）超声波发送器b）超声波接收器而实际使用中，用作发送传感器的陶瓷振子也可以用作接收传感器的陶瓷振子。

控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。

若对发送传感器内谐振频率为40kHz的压电陶瓷片（双晶振子）施加40kHz高频电压，则压电陶瓷片就根据所加高频电压极性伸长与缩短，于是发送40kHz频率的超声波，其超声波以疏密形式传播（疏密程度可由控制电路调制），并传给波接收器。

接收器是利用压力传感器所采用的压电效应的原理，即在压电元件上施加压力，使压电元件发生应变，则产生一面为“+”极，另一面为“-”极的40kHz正弦电压。

超声波传感器工作原理超声波传感器是一种常用的无接触式传感器，通过发射超声波并接收其反射信号来实现测量、距离和检测等功能。

在工业、汽车、医疗和消费电子等领域被广泛应用。

本文将介绍超声波传感器的工作原理。

超声波传感器的工作原理基于声波的特性。

声波是一种机械波，传播速度较快，频率一般在20kHz至200kHz之间。

传感器通过发射超声波并接收其反射信号，可以测量物体的距离、位置和速度等参数。

超声波传感器通常由发射器、接收器和控制电路组成。

发射器产生超声波，通常采用压电材料，如PZT（铅锆酸钛）晶体。

当施加电压时，PZT晶体会振动，并在其表面产生超声波。

超声波的频率可以根据应用的需求进行调整。

发射的超声波在空气中以声速传播，当超声波与物体相遇时，会发生反射。

接收器接收到反射的超声波，并将其转换成电信号。

接收器通常也是采用压电材料，同样是PZT晶体。

当超声波击打到PZT 晶体上时，晶体被压缩产生电荷，这个电信号被传送到控制电路。

控制电路对接收到的电信号进行处理，计算出超声波的往返时间。

根据声波的速度和往返时间，可以计算出物体与超声波传感器之间的距离。

传感器可以通过测量超声波的往返时间来检测物体的位置或移动速度。

超声波传感器具有高精度、快速响应和广泛的测量范围等优点。

它可以测量非常小的距离，例如几毫米，也可以测量较长的距离，例如几米。

这使得超声波传感器在许多应用中变得非常重要。

超声波传感器广泛应用于工业自动化中的测距和检测任务。

例如，在机器人操作中，超声波传感器可以帮助机器人感知并避开障碍物。

在汽车行业，超声波传感器用于倒车雷达系统，可以帮助驾驶员避免碰撞。

此外，超声波传感器还用于医疗行业的诊断设备和消费电子产品，如智能手机的距离检测。

尽管超声波传感器在许多应用中具有优势，但也存在一些限制。

例如，超声波的传播受到环境因素的影响，如温度、湿度和空气密度等。

此外，超声波传感器对目标物体的特性也有一定的要求，如目标物体必须具有足够的表面反射性。

传感器与检测技术（第二版）参考答案第1章 检测技术基本知识1.1单项选择:1.B2.D3. A4.B1.2见P1；1.3见P1-P3；1.4见P3-P4；1.5 见P5；1.6 （1）1℃（2）5﹪，1﹪ ；1.7 0.5级、0.2级、0.2级；1.8 选1.0级的表好。

0.5级表相对误差为25/70=3.57﹪, 1.0级表相对误差为1/70=1.43﹪；1.9见P10-P11；1.10见P11- P12；1.11 见P13-P14第2章 电阻式传感器及应用2.1 填空1.气体接触，电阻值变化；2.烧结型、厚膜型；3.加热器，加速气体氧化还原反应；4.吸湿性盐类潮解，发生变化2.2 单项选择1.B 2. C 3 B 4.B 5.B 6. A2.3 P17；2.4 P17；2.5P24；2.6 P24；2.7 P24-P25；2.8 P25；2.9 P26；2.10 P30-312.11 应变片阻值较小；2.12P28，注意应变片应变极性，保证其工作在差动方式；2.16 Uo=4m V ；2.17 P34；2.18 P34；2.19 (1) 桥式测温电路，结构简单。

（2）指示仪表 内阻大些好。

（3）RB:电桥平衡调零电阻。

2.20 2.21 线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好；传感器的延迟时间越短越好；传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。

2.23 P44；2.33 P45第3章 电容式传感器及应用3.1 P53-P56；3.2 变面积传感器输出特性是线性的。

3.3 P58-P59；3.4 P59-P613.5 当环境相对湿度变化时，亲水性高分子介质介电常数发生改变，引起电容器电容值的变化。

属于变介电常数式。

3.6 参考变面积差动电容传感器工作原理。

参考电容式接近开关原理。

3.8 （1）变介电常数式；（2）参P62 电容油料表原理第4章 电感式传感器及应用4.1 单项选择1.B；2.A4.2 P65；4.3 P68；4.4 螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器的自由行程大。

超声波传感器的工作原理
超声波传感器是一种常用的非接触式测距传感器，它通过发射超声波并接收其反射信号来实现距离测量。

超声波传感器主要由发射器、接收器、控制电路和显示装置等组成。

其工作原理如下：
1. 发射器发射超声波。

超声波传感器的发射器会向目标物体发射一束超声波脉冲，超声波是一种机械波，其频率通常在20kHz到200kHz之间。

超声波在空气中传播时速度较快，能够迅速到达目标物体并发生反射。

2. 超声波被目标物体反射。

当超声波遇到目标物体时，会发生反射。

目标物体表面的声波反射系数取决于目标物体的材质、形状和表面状态等因素。

反射信号会返回传感器的接收器。

3. 接收器接收反射信号。

超声波传感器的接收器接收到目标物体反射回来的超声波信号，并将其转换成电信号。

接收到的信号强度与目标物体与传感器之间的距离有关，距离越远，接收到的信号强度越弱。

4. 控制电路处理信号。

接收到的电信号会被传感器内部的控制电路处理，控制电路会根据接收到的信号强度计算出目标物体与传感器之间的距离。

这个距离值可以通过显示装置显示出来，或者通过其他方式输出。

超声波传感器的工作原理简单清晰，其测距精度高、响应速度快，因此在许多领域得到了广泛应用。

例如，在工业自动化中，超声波传感器可用于测量物体到机器人的距离，以便机器人进行精准的定位和操作；在汽车领域，超声波传感器可用
于倒车雷达系统，帮助驾驶员避免碰撞；在智能家居中，超声波传感器可用于智能灯光系统，实现人体感应控制灯光开关。

总之，超声波传感器以其可靠的测距性能和广泛的应用前景，成为了现代传感技术中的重要组成部分。