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。

超声波传感器超声波传感器是一种利用超声波进行测量和探测的设备。

它通过发射超声波并接收回弹的信号来判断目标物体的距离、位置以及其他相关信息。

超声波传感器在工业自动化、机器人技术、智能车辆、医疗设备等领域有着广泛的应用。

一、工作原理超声波传感器工作原理基于声音的传播和回声的接收。

它通过发射超声波脉冲并测量波的回弹时间来计算目标物体与传感器之间的距离。

通过不断地测量和比对回弹时间，超声波传感器可以实现对目标物体的准确测量。

二、特点与应用1. 非接触式测量：超声波传感器可以在不接触目标物体的情况下进行测量，避免了传统测量方法中接触到物体带来的误差和影响。

2. 高精度测量：超声波传感器具有较高的测量精度，可以实现毫米级的测量精确度，满足对距离和位置等信息的精确需求。

3. 多功能应用：超声波传感器可以广泛应用于测距、障碍物检测、水位检测、液体测量等不同的领域和场景。

4. 反应速度快：超声波传感器的反应速度非常快，可以实现实时的测量和控制，适用于对时间要求较高的应用场景。

5. 抗干扰性强：超声波传感器对外界环境的干扰较强，具备良好的抗干扰能力，可以在复杂的环境中稳定地工作。

超声波传感器在工业领域中被广泛应用，例如在自动化生产线中的测距与定位、机器人技术中的障碍物检测与定位，以及无人驾驶领域中的环境感知等。

此外，超声波传感器还被应用于医疗设备领域，用于测量血流速度、心脏功能以及体内器官的位置等。

在智能车辆中，超声波传感器可用于实现自动泊车功能，通过测量车辆与停车位之间的距离，准确引导车辆进行泊车操作。

同时，它也可以用于避免与其他车辆或物体的碰撞，提高行驶的安全性。

总的来说，超声波传感器凭借其高精度、快速响应和多功能应用等特点，成为了现代工业和科技领域中不可或缺的重要设备。

随着技术的不断发展和创新，相信超声波传感器在更多的领域和场景中将发挥更重要的作用。

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，它利用超声波的特性来实现物体的距离测量。

它的工作原理主要包括发射超声波、接收回波和计算距离三个步骤。

首先，超声波传感器通过发射器发出一束超声波。

超声波是一种频率高于人类听觉范围的声波，它的传播速度在空气中约为340米/秒。

当超声波遇到物体表面时，会发生反射。

这时，超声波传感器的接收器开始接收回波信号。

其次，接收到回波信号的超声波传感器会通过内部的计时器记录超声波发射和接收之间的时间间隔。

利用声波在空气中的传播速度，可以通过时间间隔计算出超声波的往返时间，从而得知物体与传感器的距离。

最后，超声波传感器通过内部的算法处理得到的距离数据，将其转换成数字信号输出给控制系统。

控制系统可以根据这个距离数据来进行相应的控制，比如避障、测距等应用。

超声波传感器的工作原理可以用一个简单的比喻来形象地解释，就好像我们在夜晚使用手电筒照射远处的物体，然后根据光线的反射来判断物体的距离一样。

超声波传感器就像是发射了一束“声光”，然后根据“声光”的反射情况来计算物体的距离。

除了测距外，超声波传感器还可以应用在许多其他领域，比如流量测量、液位检测、障碍物检测等。

它具有测量范围广、精度高、反应速度快等优点，因此在工业自动化、智能家居、机器人等领域有着广泛的应用。

总的来说，超声波传感器的工作原理是利用超声波的发射和接收来实现物体的距离测量。

通过发射超声波、接收回波和计算距离三个步骤，超声波传感器可以准确、快速地获取到距离数据，并将其转换成数字信号输出给控制系统，从而实现各种应用需求。

超声波传感器原理图超声波传感器是一种利用超声波进行测距和探测的传感器，它广泛应用于工业、汽车、机器人等领域。

超声波传感器原理图是超声波传感器的工作原理的图示，通过它可以清晰地了解超声波传感器的结构和工作原理。

超声波传感器主要由超声波发射器、超声波接收器、控制电路和显示装置等部分组成。

超声波发射器负责产生超声波信号，它将电能转换为声能，发射出去的超声波信号经过目标物体后被反射回来。

超声波接收器接收到反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。

控制电路对接收到的电信号进行处理，计算出目标物体与传感器之间的距离，并通过显示装置显示出来。

超声波传感器原理图中，超声波发射器和超声波接收器通常被标注为两个不同的模块，它们之间通过一定的连接方式相互关联。

控制电路则被标注为另一个模块，它与超声波发射器和超声波接收器相连，起着控制和处理信号的作用。

整个超声波传感器原理图清晰地展示了超声波传感器的结构和各部分之间的连接方式，使人们能够直观地了解超声波传感器的工作原理。

超声波传感器原理图的制作需要对超声波传感器的结构和工作原理有深入的理解，以及对电路图的绘制能力。

在绘制原理图时，需要准确地标注各个部分的名称和连接方式，保证图示的准确性和清晰度。

同时，为了使原理图更加生动和直观，可以采用不同的颜色和线条粗细来突出重点部分，使整个原理图更加易于理解。

总的来说，超声波传感器原理图是超声波传感器工作原理的图示，它清晰地展示了超声波传感器的结构和各部分之间的连接方式，对于理解超声波传感器的工作原理起着重要的作用。

制作超声波传感器原理图需要对超声波传感器有深入的理解和对电路图的绘制能力，同时也需要注意图示的准确性和清晰度，使其更加生动和直观。

超声波传感器原理图的制作对于学习和研究超声波传感器具有重要的意义。

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~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。

、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～μｍ、3～5μm和（）,统称它们为“大气窗口”。

～14μｍ～15μｍ～18μｍ～μｍ8、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（）。