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超声波的原理及应用实验1. 超声波的概述超声波是指频率超过人类听觉范围（20kHz）的声波。
超声波利用高频的机械振动，在介质中传播，并通过回波信号的接收来进行探测和测量。
超声波具有穿透力强、方向性好、无损检测等特点，在各个领域有着广泛的应用。
2. 超声波的原理超声波是通过声源的振动产生，声波振动传递给介质分子，分子间距和振动频率相当，产生相互作用力。
超声波可以通过压电效应产生。
压电材料是一种特殊的材料，可以在外力作用下产生电荷，并且在电压作用下变形。
当压电材料收到外力振动时，材料内部的分子也会跟着振动。
由于超声波的频率特别高，所以压电材料内部的分子能够形成机械振动。
超声波在介质中的传播速度与介质的密度和弹性有关。
通常情况下，超声波通过气体的传播速度最低，而通过固体最高。
3. 超声波的应用3.1 超声波测距超声波测距利用超声波传输的时间来测量物体与传感器之间的距离。
当超声波传感器发出超声波，当超声波遇到物体的表面时，一部分的声波会被物体反射回传感器。
通过测量从发射到接收的时间，利用声波在介质中传播速度已知的情况下，可以计算出物体和传感器之间的距离。
3.2 超声波成像超声波成像是利用超声波在不同介质中传播速度不同的原理进行的。
通过发射超声波，超声波进入人体组织中，当遇到不同组织（如肌肉、骨骼、血管等）的边界时，一部分的超声波会被组织反射回来。
通过接收和处理反射回来的波形信号，可以形成图像，用于医学诊断、妇科检查等领域。
3.3 超声波清洗超声波清洗是利用超声波在液体中形成的微小气泡破裂的原理进行的。
当超声波通过液体时，会在液体中形成大量的微小气泡。
这些气泡在声波的作用下不断形成和破裂，产生冲击和涡旋，从而起到清洗的效果。
超声波清洗广泛应用于金属零件清洗、眼镜清洗等领域。
3.4 超声波检测超声波检测是利用超声波在介质中传播特点进行的。
通过超声波的发送和接收，可以检测到材料中的缺陷、裂纹、气泡等。
超声波检测可以进行无损检测，不需要破坏材料表面，应用于航空航天、建筑工程、医疗器械等领域。
一、超声波传感器
1、相关知识：
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
1、工作原理：
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。
这里主要分析一下压电晶体材料的超声波传感器，压电晶体材料的超声波传感器主要应用了某些特殊材料的压电效应和
逆压电效应的特性，也就是超声波传感器的发送器和接收器两部分，发送时，在压电晶体端通上高压500V以上的高压脉冲，利用逆压电效应的特性，使晶片发射出一束频率落在超声波范围内、持续时间很短的超声振动波，超声振动波到达被测物体底部后，超声波绝大多数
所以液位H为：
H=H2-H1
通过如上的简单计算即可测得液位的高度。
4、超声波传感器的常见分类：
一、根据使用方法：可分为收发一体型、收发分体型（收发各一
只）；
二、根据结构来分：可分为开放型、防水型、高频型等；
三、根据使用环境：可分为空气中和水声换能器；等等。
超声波传感器工作原理超声波传感器是一种使用超声波技术进行测距和探测的装置。
它利用声波的特性来测量目标物体和周围环境的距离和位置信息。
本文将详细介绍超声波传感器的工作原理和应用。
一、超声波传感器的构成超声波传感器通常由发射器、接收器和信号处理电路组成。
其中，发射器用于产生超声波信号，接收器用于接收被测物体反射回来的超声波信号，并将信号转化为电信号，信号处理电路则负责处理接收到的信号并输出相关的测量结果。
二、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在空气或其他介质中的传播特性。
它的工作过程可以简单分为发射、传播、接收和处理四个阶段。
1. 发射：超声波传感器中的发射器会向目标物体发送一个超声波信号。
这个信号通常是由压电传感器或压电陶瓷组成的振动体产生的，当施加电压时，振动体开始振动，并以声波的形式向外辐射。
2. 传播：发射的超声波信号在空气或其他介质中传播，其传播速度一般是固定的，约为343米/秒。
当遇到目标物体时，部分声波会被目标物体表面反射，一部分会被吸收或折射。
3. 接收：传播的超声波信号被传感器中的接收器接收。
与发射器类似，接收器也是由振动体构成的，当接收到超声波信号时，振动体会产生相应的电信号。
4. 处理：接收到的电信号会经过信号处理电路进行放大、滤波等处理，最终转化为与目标物体距离相关的测量结果。
这些结果可以通过显示器、计算机或其他设备进行显示或进一步处理。
三、超声波传感器的应用超声波传感器具有广泛的应用领域，如测距、障碍物检测、位移测量等。
1. 测距：超声波传感器可以通过测量从传感器到目标物体反射超声波信号的时间差来计算出目标物体与传感器的距离。
这种测距方法被广泛应用于自动驾驶车辆、机器人导航和智能家居等领域。
2. 障碍物检测：超声波传感器可以检测目标物体到传感器之间的障碍物，并发出警报或采取相应的措施。
例如在汽车后方安装超声波传感器，可以提醒驾驶员离障碍物的距离。
3. 位移测量：超声波传感器可以实时测量目标物体的位移，用于机械加工、仪器仪表和自动化控制等领域。
超声波传感器的实验报告一、超声波传感器的定义：超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。
超声波是振动频率高于20KHz的机械波。
它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
超声波传感器的原理：二、超声波传感器按其工作原理，可分为1、压电式2、磁致伸缩式3、电磁式压电式超声波传感器压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。
常用的敏感元件材料主要有压电晶体和压电陶瓷。
根据正、逆压电效应的不同，压电式超声波传感器分为发生器（发射探头）和接收器（接收探头）两种，根据结构和使用的波型不同可分为直探头、表面波探头、兰姆波探头、可变角探头、双晶探头、聚焦探头、水浸探头、喷水探头和专用探头等。
压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。
当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。
压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波，其声强可达几十瓦每平方厘米。
压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。
当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。
压电式超声波接收器的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个传感器兼作发生器和接收器两种用途。
典型的压电式超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜等组成。
压电晶片多为圆板形，超声波频率与其厚度成反比。
压电晶片的两面镀有银层，作为导电的极板，底面接地，上面接至引出线。
为了避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片，在压电晶片下粘合一层保护膜。
天津电子信息职业技术学院实训报告课题名称超声波传感器的应用组号姓名学号班级专业超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。
超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。
超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。
超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。
因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波。
完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声换能器，或者超声探头。
超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。
小功率超声探头多作探测作用。
它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。
超声波传感器利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置可称为超声波换能器、探测器或传感器。
超声波探头按其工作原理可分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等, 而以压电式最为常用。
压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷, 这种传感器统称为压电式超声波探头。
它是利用压电材料的压电效应来工作的: 逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动, 从而产生超声波, 可作为发射探头; 而利用正压电效应, 将超声振动波转换成电信号, 可用为接收探头。
超声波探头结构：主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜组成。
压电晶片多为圆板形, 厚度为δ。
超声波频率f与其厚度δ成反比。
压电晶片的两面镀有银层, 作导电的极板。
阻尼块的作用是降低晶片的机械品质, 吸收声能量。
如果没有阻尼块, 当激励的电脉冲信号停止时, 晶片将会继续振荡, 加长超声波的脉冲宽度, 使分辨率变差。
工作原理：人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。
简介：
A01超声波传感器，通过超声波技术对物体或人进行距离探测。
传感器防护等级可达IP67适用不同的环境。
可支持UART输出、PWM输出及开关量输出，有受控输出方式，可根据实际应用场景，把功耗降到适用。
广泛应用各场景物体接近与存在察觉、停车管理系统、智能垃圾桶满溢监测。
优势：
①完全自主研发，十年以上超声波传感器的行业经验；
②可根据客户需求研发、定制；
③成熟应用国内外多家企业、单位。
特点：
①超声波传感器不受检测物体的颜色、透明度、材质（金属、非金属）造成的影响；
②3.3V～5.0V电源供电，待机电流可低于10uA，低功耗设计，可根据实际应用，把功耗降到最低；
③专业检测模式设定，分为平面测距、人体测距、垃圾检测。
技术参数：
①工作电压：3.3-5V
②平均电流：10mA
③盲区距离：28cm
④测距最远量程：平面测距：750cm；人体测距：750cm；垃圾检测：250cm。
选型说明：
①A01A系列传感器，主要用于平面测距；可对平面物体目标进行针对性测量，可测量距离远、精度高。
②A01B系列传感器，主要用于人体测距；对人体检测灵敏，人体目标测量更加稳定，盲区内测量到物体稳定性高。
无喇叭口状态下能在200cm内稳定测量人体上半身，有喇叭口状态下能在350cm内稳定测量人体上半身。
③A01C系列传感器，主要用于垃圾检测；通过专用算法智能过滤垃圾箱边框及干扰物体而准确测量出垃圾箱内垃圾的满溢状态。
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1.超声波简介声波是一种机械波。
声的发生是由于发声体的机械振动，引起周围弹性介质中质点的振动由近及远的传播，这就是声波。
人耳所能听闻的声波其频率在20～20000Hz之间，频率在20～20000Hz以外的声波不能引起声音的感觉。
频率超过20000Hz的叫做超声波，频率低于20Hz的叫做次声波。
超声波的频率可以高达911Hz，而次声波的频率可以低达9-8Hz。
2.超声波传感器一般超声波传感器运用压电效应原理。
（1）发生器：压电式超声波发生器是利用压电晶体的电致伸缩现象制成的。
常用的压电材料为石英晶体、压电陶瓷锆钛酸铅等。
在压电材料切片上施加交变电压，使它产生电致伸缩振动，而产生超声波。
（1）接收器：当超声波作用到压电晶体片上时，使晶片伸缩，则在晶片的两个界面上产生交变电荷。
这种电荷先被转换成电压，经过放大后送到测量电路，最后记录或显示出结果。
它的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个超声波发生器兼做超声波接收器。
3.应用于弹性模量测量在各向同性的固体材料中，根据应力和应变满足的虎克定律，可以求得超声波传播的特征方程。
（当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时，称为纵波；当介质中质点振动方向与超声波的传播方向垂直时，称为横波。
在气体介质中，声波只是纵波。
在固体介质内部，超声波可以按纵波或横波两种波型传播。
）对于同一种材料，其纵波波速和横波波速的大小一般不同，但它们都由弹性介质的密度、杨氏模量和泊松比等弹性参数决定。
相反，利用超声波速度可以测量材料有关的弹性常数。
（固体在外力作用下，其长度沿力的方向产生变形，变形时的应力与应变之比就定义为杨氏模量，一般用E表示。
固体在应力作用下，沿纵向有一正应变（伸长），沿横向就将有一个负应变（缩短），横向应变与纵向应变之比被定义为泊松比。
）4.超声波探伤对高频超声波，由于它的波长短，不易产生绕射，碰到杂质或分界面就会有明显的反射，而且方向性好，能成为射线而定向传播；在液体、固体中衰减小，穿透本领大。
超声波传感器及应用发表时间：2019-01-03T16:20:34.870Z 来源：《基层建设》2018年第32期作者：马松[导读] 摘要：超声波传感器的广泛应用，特别对车辆的行驶时路面信息进行探测，确定路面高低不平路段的距离、方位和高度等信息。
天津赛象科技股份有限公司天津 300113摘要：超声波传感器的广泛应用，特别对车辆的行驶时路面信息进行探测，确定路面高低不平路段的距离、方位和高度等信息。
并对超声波传感器的原理、系统硬件实现和超声波在各个领域的实际应用进行了探讨；最后就精确感知路面信息提出了进一步的改进方案。
关键词：超声波传感器；路面信息；探测1、引言地面不平整而造成的交通事故很多，凹凸的路给车辆带来了行驶麻烦，也带来了安全隐患。
因此，技术人员在着方面研究了不少，为了有效的减少行驶中的振动，当前普遍采用的被动式悬挂系统不失为一种有效的方法。
为了进一步提高减振效果，一种新的悬挂系统：主动悬挂系统应运而生，它能根据路面的情况实时调整减振弹簧与阻尼之间的优化比，从而达到减振缓冲的目的。
该系统主要有传感器件、控制器件和执行器件三部分组成。
传感器件将实时探测到的车辆前方路面的信息传输给控制器件的核心部件单片机，由单片机对信息进行分析处理，然后对执行器件发出指令，由执行器件对悬挂系统进行控制，调整系统参数并产生主动控制力，从而达到减振目的。
主动式悬挂系统是一个复杂的系统，其中传感器在整个系统中起着至关重要的作用。
2、超声波传感器的基本原理人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。
常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵和振荡（纵波）。
在工业中应用主要采用纵向振荡。
超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。
另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。
超声波传感器应用原理及检测范围详解
目前，随着传感器技术的不断发展，超声波传感器已经被广泛应用于工
业生产当中。在讲述超声波传感器之前，我们先来了解一下超声波。
人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ范围
内，超过20KHZ称为超声波，低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率
为几十KHZ-几十MHZ。其中超声波的特性是频率高、波长短、绕射现象
小。但它最显着的特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，穿透本领
大，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，因而广泛应用于工业检测
中。
目前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。
超声波传感器则是利用声波介质将超声波信号转换成其他能量信号（通常
是电信号）的传感器。超声波传感器主要采用直接反射式的检测模式，位于
传感器前面的被检测物通过将发射的声波部分地发射回传感器的接收器，从
而使传感器检测到被测物。还有部分超声波传感器采用对射式的检测模式。
一套对射式超声波传感器包括一个发射器和一个接收器，两者之间持续保持
“收听”。位于接收器和发射器之间的被检测物将会阻断接收器接收发射的声
波，从而传感器将产生开关信号。
