超聲波傳感器是利用超聲波的特性，將超聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。在講述超聲波傳感器之前，我們先來了解一下超聲波。

超聲波

聲波是一種能在氣體、液體、固體中傳播的機械波。聲波按頻率可分為次聲波、聲波和超聲波。

聲波頻率在 16Hz-20kHz 之間，是能為人耳所聞的機械波；次聲波就是頻率低于16 Hz 的機械，而波超聲波則是頻率高于20kHz的機械波 。

超聲波的特性是頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小。它最xian著的特性是方向性好，且在液體、固體中衰減很小，穿透本領(lǐng)大，碰到介質(zhì)分界面會產(chǎn)生明顯的反射和折射，因而廣泛應用于工業(yè)檢測中。

超聲波的傳播速度：超聲波通常有縱波、橫波及表面波，他們的傳播速度，取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度。氣體和液體中只能傳播縱波，氣體中聲速為344m/s，液體中聲速為900-1900m/s。在固體中，縱波、橫波和表面波三者的聲速成一定關(guān)系。通常可認為橫波聲速為縱波聲速的一半，表面波聲速約為橫波聲速的90% 。

超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減。能量的衰減決定于超聲波的擴散、散射和吸收。

以超聲波作為檢測手段，能產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器。

超聲波傳感器

性能指標

超聲波傳感器的主要性能指標，包括；

（1）工作頻率。

工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最da，靈敏度也最gao。

（2）工作溫度。

由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不產(chǎn)生失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設(shè)備。

（3）靈敏度。

主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。

工作原理

超聲波傳感器按其工作原理，可分為壓電式、磁致伸縮式 、電磁式等，以壓電式最wei常用。

壓電式超聲波傳感器

壓電式超聲波傳感器是利用壓電材料的壓電效應原理來工作的。常用的敏感元件材料主要有壓電晶體和壓電陶瓷。

根據(jù)正、逆壓電效應的不同，壓電式超聲波傳感器分為發(fā)生器（發(fā)射探頭）和接收器（接收探頭） 兩種，根據(jù)結(jié)構(gòu)和使用的波型不同可分為直探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、可變角探頭、雙晶探頭、聚焦探頭、水浸探頭、噴水探頭和專用探頭等。

壓電式超聲波發(fā)生器是利用逆壓電效應的原理將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機械振動，從而產(chǎn)生超聲波。當外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時會產(chǎn)生共振，此時產(chǎn)生的超聲波最qiang。壓電式超聲波傳感器可以產(chǎn)生幾十千赫到幾十兆赫的高頻超聲波，其聲強可達幾十瓦每平方厘米。

壓電式超聲波接收器是利用正壓電效應原理進行工作的。當超聲波作用到壓電晶片上引起晶片伸縮，在晶片的兩個表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，這些電荷被轉(zhuǎn)換成電壓經(jīng)放大后送到測量電路，最后記錄或顯示出來。壓電式超聲波接收器的結(jié)構(gòu)和超聲波發(fā)生器基本相同，有時就用同一個傳感器兼作發(fā)生器和接收器兩種用途。

典型的壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)主要由壓電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護膜等組成。壓電晶片多為圓板形，超聲波頻率與其厚度成反比。壓電晶片的兩面鍍有銀層，作為導電的極板，底面接地，上面接至引出線。為了避免傳感器與被測件直接接觸而磨損壓電晶片，在壓電晶片下粘合一層保護膜。吸收塊的作用是降低壓電晶片的機械品質(zhì)，吸收超聲波的能量。

磁致伸縮式超聲波傳感器

鐵磁材料在交變的磁場中沿著磁場方向產(chǎn)生伸縮的現(xiàn)象，稱為磁致伸縮效應。磁致伸縮效應的強弱即材料伸長縮短的程度，因鐵磁材料的不同而各異。鎳的磁致伸縮效應最da，如果先加一定的直流磁場，再通以交變電流時，它可以工作在特性最hao的區(qū)域。磁致伸縮傳感器的材料除鎳外，還有鐵鉆釩合金和含鋅、鎳的鐵氧體。它們的工作效率范圍較窄，僅在幾萬赫茲以內(nèi)，但功率可達十萬瓦，聲強可達幾千瓦每平方毫米，且能耐較高的溫度。

磁致伸縮式超聲波發(fā)生器是把鐵磁材料置于交變磁場中，使它產(chǎn)生機械尺寸的交替變化即機械振動，從而產(chǎn)生出超聲波。它是用幾個厚為0.1-0.4mm的鎳片疊加而成，片間絕緣以減少渦流損失，其結(jié)構(gòu)形狀有矩形、窗形等。

磁致伸縮式超聲波接收器的原理是：當超聲波作用在磁致伸縮材料上時，引起材料伸縮，從而導致它的內(nèi)部磁場（ 即導磁特性）發(fā)生改變。根據(jù)電磁感應，磁致伸縮材料上所繞的線圈里便獲得感應電動勢。此電勢送到測量電路，最后記錄或顯示出來。

(來源：網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者)