超(chao)聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)原(yuan)理、結(jie)構及應(ying)用(yong)

超(chao)聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)是(shi)使用(yong)換(huan)能(neng)器(qi)發送和接收超(chao)聲(sheng)波(bo)脈(mai)沖(chong)，該(gai)超(chao)聲(sheng)波(bo)脈(mai)沖(chong)中(zhong)繼(ji)有關(guan)物(wu)體(ti)接近度(du)的(de)信(xin)息(xi)從而(er)使(shi)的(de)超聲(sheng)波(bo)測(ce)量到(dao)物(wu)體(ti)的(de)距離的(de)儀器。

壹(yi)、超(chao)聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)原(yuan)理

       超(chao)聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)是(shi)利(li)用(yong)超(chao)聲(sheng)波(bo)的(de)特性(xing)研制(zhi)而(er)成的(de)傳感器(qi)。超(chao)聲(sheng)波(bo)是(shi)壹(yi)種(zhong)振動(dong)頻(pin)率(lv)高(gao)於(yu)聲(sheng)波(bo)的(de)機械波(bo)，由換(huan)能晶片(pian)在電壓(ya)的(de)激勵(li)下(xia)發生(sheng)振動產生(sheng)的(de)，它(ta)具(ju)有頻(pin)率(lv)高(gao)、波(bo)長(chang)短(duan)、繞(rao)射(she)現象(xiang)小，特別(bie)是(shi)方(fang)向(xiang)性(xing)好、能(neng)夠成為(wei)射(she)線而定(ding)向(xiang)傳播(bo)等特點(dian)。超聲(sheng)波(bo)對液(ye)體、固(gu)體的(de)穿(chuan)透(tou)本(ben)領(ling)很大(da)，尤(you)其(qi)是在(zai)陽光(guang)不透明(ming)的(de)固(gu)體中(zhong)，它(ta)可(ke)穿(chuan)透(tou)幾十(shi)米的(de)深度。超(chao)聲(sheng)波(bo)碰(peng)到(dao)雜(za)質(zhi)或(huo)分界面會(hui)產生(sheng)顯著反射(she)形(xing)成反射成回(hui)波(bo)，碰(peng)到(dao)活(huo)動(dong)物(wu)體(ti)能產生(sheng)多(duo)普(pu)勒(le)效應。因此超(chao)聲(sheng)波(bo)檢測廣(guang)泛(fan)應用(yong)在(zai)工(gong)業(ye)、國防、生(sheng)物(wu)醫(yi)學等方面以(yi)超(chao)聲(sheng)波(bo)作(zuo)為(wei)檢測手段，必須產生(sheng)超聲(sheng)波(bo)和(he)接收超(chao)聲(sheng)波(bo)。完(wan)成這(zhe)種(zhong)功能(neng)的(de)裝置(zhi)就是超(chao)聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)，習(xi)慣上(shang)稱(cheng)為(wei)*，或(huo)者(zhe)超(chao)聲(sheng)探頭(tou)。

超聲(sheng)波(bo)探(tan)頭(tou)主(zhu)要由壓(ya)電晶片(pian)組成，既可以發(fa)射(she)超(chao)聲(sheng)波(bo)，也(ye)可(ke)以(yi)接收超(chao)聲(sheng)波(bo)。小功率(lv)超(chao)聲(sheng)探頭(tou)多(duo)作(zuo)探測(ce)作(zuo)用(yong)。它(ta)有許多(duo)不同的(de)結構，可分直(zhi)探(tan)頭（縱波(bo)）、斜探頭(tou)（橫波(bo)）、表面波(bo)探(tan)頭(tou)（表面波(bo)）、蘭(lan)姆波(bo)探(tan)頭(tou)（蘭(lan)姆波(bo)）、雙(shuang)探(tan)頭(tou)（壹(yi)個(ge)探(tan)頭反射、壹個(ge)探(tan)頭接收）等。

超聲(sheng)探頭(tou)的(de)核心是(shi)其塑(su)料(liao)外(wai)套或(huo)者(zhe)金屬外(wai)套中(zhong)的(de)壹塊(kuai)壓(ya)電晶片(pian)。構成晶片(pian)的(de)材料(liao)可(ke)以有許多(duo)種(zhong)。晶片(pian)的(de)大小，如直(zhi)徑(jing)和厚度也(ye)各(ge)不相同(tong)，因此每(mei)個探頭的(de)性能(neng)是不同的(de)，我們(men)使(shi)用(yong)前(qian)必須預先(xian)了(le)解它(ta)的(de)性能(neng)。超聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)的(de)主(zhu)要性(xing)能(neng)指標，包括(kuo)；

1、工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)。工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)就(jiu)是壓(ya)電晶片(pian)的(de)共振(zhen)頻(pin)率(lv)。當加(jia)到(dao)它(ta)兩(liang)端的(de)交(jiao)流(liu)電壓(ya)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)晶片(pian)的(de)共振(zhen)頻(pin)率(lv)相(xiang)等時，輸出的(de)能量大(da)，靈(ling)敏度(du)也(ye)zu高(gao)。

2、工(gong)作(zuo)溫度(du)。由於(yu)壓(ya)電材料(liao)的(de)居(ju)裏(li)點(dian)壹般(ban)比較高，特(te)別(bie)時(shi)診(zhen)斷用(yong)超(chao)聲(sheng)波(bo)探(tan)頭(tou)使(shi)用(yong)功(gong)率(lv)較小，所以工(gong)作(zuo)溫度(du)比較低，可(ke)以長時(shi)間(jian)地工(gong)作(zuo)而不產生(sheng)失(shi)效。醫療用(yong)的(de)超聲(sheng)探頭(tou)的(de)溫度(du)比較高，需要單(dan)獨的(de)制(zhi)冷(leng)設備。

3、靈(ling)敏(min)度。主(zhu)要取(qu)決於(yu)制(zhi)造(zao)晶片(pian)本(ben)身。機電耦(ou)合(he)系數(shu)大(da)，靈(ling)敏度高(gao)；反(fan)之，靈(ling)敏(min)度(du)低(di)。

二、超聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)結(jie)構

超聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)主(zhu)要由如(ru)下(xia)四個(ge)部分構成：

發送器：通(tong)過(guo)振子(zi)（壹般(ban)為(wei)陶(tao)瓷制(zhi)品(pin)，直(zhi)徑(jing)約為(wei)15 mm）振(zhen)動產生(sheng)超聲(sheng)波(bo)並(bing)向(xiang)空(kong)中(zhong)幅(fu)射。

接收器(qi)：振(zhen)子(zi)接收到(dao)超(chao)聲(sheng)波(bo)時(shi)，根(gen)據超聲(sheng)波(bo)發(fa)生(sheng)相(xiang)應(ying)的(de)機械振動(dong)，並(bing)將其(qi)轉換為(wei)電能(neng)量，作(zuo)為(wei)接收器(qi)的(de)輸出(chu)。

控(kong)制(zhi)部(bu)分：通(tong)過(guo)用(yong)集(ji)成電路(lu)控(kong)制(zhi)發(fa)送(song)器的(de)超聲(sheng)波(bo)發(fa)送(song)，並(bing)判斷接收器(qi)是(shi)否(fou)接收到(dao)信(xin)號(hao)（超(chao)聲(sheng)波(bo)），以(yi)及(ji)已(yi)接收信(xin)號(hao)的(de)大小。

電源(yuan)部分：超(chao)聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)通(tong)常采(cai)用(yong)電壓(ya)為(wei)DC12V ± 10 % 或(huo) 24V ± 10 %外(wai)部直(zhi)流(liu)電源(yuan)供(gong)電，經內(nei)部(bu)穩壓(ya)電路(lu)供(gong)給(gei)傳感器(qi)工(gong)作(zuo)。

三、超(chao)聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)應(ying)用(yong)

超(chao)聲(sheng)波(bo)距(ju)離傳感器(qi)可(ke)以廣(guang)泛(fan)應用(yong)在(zai)物(wu)位(wei)（液位(wei)）監測，機器(qi)人(ren)防撞(zhuang)，各(ge)種(zhong)超聲(sheng)波(bo)接近開(kai)關(guan)，以及防盜(dao)報(bao)警(jing)等相關(guan)領(ling)域，工(gong)作(zuo)可靠(kao)，安裝(zhuang)方便(bian)， 防水(shui)型(xing)，發(fa)射夾角(jiao)較小，靈敏(min)度高(gao)，方(fang)便(bian)與工(gong)業(ye)顯示儀表連(lian)接，也提供(gong)發(fa)射夾角(jiao)較大的(de)探頭(tou)。

1、超聲(sheng)波(bo)測(ce)距(ju)儀：

建(jian)恒儀表超(chao)高(gao)能聲(sheng)波(bo)測(ce)距(ju)技(ji)術(shu)JH-UHZ系列產品(pin)使(shi)超聲(sheng)波(bo)測(ce)距(ju)技(ji)術(shu)有了重(zhong)大(da)的(de)突(tu)破(po)，它(ta)不僅拓(tuo)寬(kuan)了(le)超聲(sheng)波(bo)測(ce)距(ju)技(ji)術(shu)的(de)應用(yong)場合(he)（適(shi)用(yong)極惡(e)劣(lie)工(gong)的(de)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)），而(er)且(qie)使(shi)用(yong)智能調節技(ji)術(shu)，大大提高了(le)超聲(sheng)波(bo)產品(pin)的(de)可靠(kao)性及性(xing)能(neng)指標，讓用(yong)戶(hu)使(shi)用(yong)無(wu)後顧(gu)之(zhi)憂 。 。

的(de)回(hui)波(bo)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)，5－50KHZ的(de)超高(gao)強(qiang)發波(bo)頻(pin)率(lv)使(shi)建(jian)恒物(wu)位(wei)計大量程(cheng)可(ke)達(da)到(dao)120米(mi)，適(shi)用(yong)介(jie)質(zhi)溫(wen)度為(wei)–20℃— +175℃。智能的(de)全自(zi)動(dong)調節發(fa)波(bo)頻(pin)率(lv)，自(zi)動(dong)的(de)溫差(cha)補(bu)償功能(neng)使其(qi)工(gong)作(zuo)更加(jia)穩定(ding)可靠(kao)。JH-UHZ系列產品(pin)還(hai)擁(yong)有靈活多(duo)變的(de)工(gong)作(zuo)方式(shi)（供(gong)電電源(yuan)可為(wei)12VDC、24VDC、110VAC、220VAC;二/三/四線制(zhi)同(tong)壹(yi)儀表中(zhong)可(ke)隨意(yi)組(zu)合(he)。它(ta)還(hai)擁(yong)有先(xian)進(jin)的(de)遠程(cheng)GSM、CDMA、互聯(lian)網(wang)調試(shi)功(gong)能(neng)，使得(de)用(yong)戶(hu)隨(sui)時(shi)可以得(de)到(dao)技(ji)術(shu)支(zhi)持。

建(jian)恒產品(pin)以(yi)它(ta)的(de)技術(shu)穩定(ding)可靠(kao)的(de)工(gong)作(zuo)質量，在(zai)化(hua)工(gong)、電力、冶金、煤礦(kuang)、碼頭(tou)、水處(chu)理、輕(qing)工(gong)及(ji)食(shi)品(pin)衛(wei)生等行業(ye)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)的(de)應用(yong)。

2、超(chao)聲(sheng)波(bo)探(tan)魚(yu)器(qi)：

超(chao)聲(sheng)波(bo)測(ce)量技(ji)術(shu)其原(yuan)理很(hen)簡(jian)單(dan)，說(shuo)得(de)點(dian)的(de)名(ming)稱(cheng)叫(jiao)“多(duo)普(pu)拉效應”，山(shan)村(cun)孩(hai)童(tong)便(bian)叫“回(hui)音(yin)”，就(jiu)如(ru)在(zai)壹(yi)山(shan)谷叫壹聲(sheng)“妳好嗎”，不壹會(hui)聽(ting)見好像(xiang)有人(ren)學妳(ni)的(de)說(shuo)話(hua)壹(yi)樣“妳(ni)...好...嗎...”。人(ren)們(men)正由此(ci)點(dian)，開發(fa)出超(chao)聲(sheng)波(bo)測(ce)量技(ji)術(shu)。像(xiang)自(zi)然界中，以蝙蝠(fu)都(dou)可算(suan)為(wei)代(dai)表了(le)，在(zai)蝙蝠(fu)洞裏(li)既(ji)要覓(mi)食(shi)，又(you)要用(yong)聲(sheng)波(bo)測(ce)距(ju)，而(er)要在(zai)洞內用(yong)超(chao)聲(sheng)波(bo)測(ce)距(ju)是(shi)壹(yi)件很(hen)困(kun)難的(de)事情(qing)，很(hen)先(xian)進(jin)的(de)科技(ji)產品(pin)也(ye)做(zuo)不到(dao)。在(zai)空(kong)中(zhong)，當聲(sheng)音(yin)鼓(gu)動(dong)空(kong)氣而向(xiang)前(qian)傳遞訊息(xi)時(shi)，遇(yu)到(dao)大(da)小不同、軟(ruan)硬(ying)不壹的(de)物(wu)體(ti)時，其(qi)會(hui)產生(sheng)相應強(qiang)弱(ruo)的(de)反射(she)聲(sheng)音(yin)，而(er)我們(men)以(yi)高(gao)峰(feng)接收此(ci)fan彈(dan)回(hui)來(lai)的(de)聲(sheng)音(yin)，計算(suan)其fan彈(dan)的(de)時間(jian)差(cha)距(ju)，從而(er)可(ke)了解前(qian)面物(wu)體(ti)與妳(ni)的(de)距離，由其(qi)fan彈的(de)強(qiang)弱(ruo)，得(de)知(zhi)物(wu)體(ti)的(de)大小，此為(wei)超(chao)聲(sheng)波(bo)在(zai)空(kong)中(zhong)測(ce)量的(de)應用(yong)原(yuan)理，壹(yi)如在機場使用(yong)的(de)雷(lei)達(da)。

在水(shui)中的(de)情(qing)況(kuang)便(bian)有分別(bie)，因為(wei)水(shui)的(de)密度(du)與空氣的(de)密度(du)明顯不同，同(tong)樣(yang)強(qiang)度的(de)聲(sheng)音(yin)，水(shui)中(zhong)傳遞和(he)空(kong)中(zhong)傳遞，*是(shi)兩(liang)碼子(zi)的(de)事，故此我們(men)在(zai)水(shui)中(zhong)使用(yong)超(chao)聲(sheng)波(bo)探(tan)測(ce)，先(xian)決條件是(shi)功(gong)率(lv)要強(qiang)大，才(cai)能有fan彈回(hui)來(lai)的(de)訊號。1950年(nian)代，美(mei)國hai軍的(de)潛艇搜(sou)尋(xun)技(ji)術(shu)已充(chong)分發(fa)展(zhan)，要搜(sou)尋(xun)潛艇已不容(rong)易(yi)，更何(he)況(kuang)比潛艇小得(de)多(duo)的(de)魚，要從中(zhong)取(qu)得(de)突(tu)破(po)，必先(xian)從超(chao)聲(sheng)波(bo)的(de)特性(xing)中，找出(chu)其(qi)奧妙(miao)。原(yuan)來除(chu)了功率(lv)強(qiang)大外(wai)，其頻(pin)率(lv)高(gao)低亦具(ju)決定(ding)性，而(er)接收訊號後的(de)分析(xi)技(ji)術，更(geng)不容(rong)缺(que)少。要在(zai)眾(zhong)多(duo)訊號中(zhong)分辨(bian)出(chu)合(he)適(shi)的(de)數(shu)據(ju)是(shi)相當困(kun)難的(de)。正因如此(ci)，在(zai)往後美(mei)國民(min)間(jian)的(de)不斷開(kai)發(fa)，才漸(jian)漸(jian)開始(shi)有捕魚船(chuan)安(an)裝(zhuang)了(le)專(zhuan)為(wei)搜(sou)魚(yu)的(de)超聲(sheng)波(bo)探(tan)魚(yu)器(qi)。而(er)直(zhi)至目前(qian)為(wei)止(zhi)，海(hai)洋(yang)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)超聲(sheng)波(bo)探(tan)測(ce)技(ji)術(shu)，無(wu)論是理論或產品(pin)，都(dou)以美(mei)國為(wei)主(zhu)，後起(qi)之(zhi)日(ri)本(ben)及德(de)國(guo)，亦是(shi)近(jin)年(nian)來(lai)才(cai)能(neng)加(jia)入。

在醫(yi)學(xue)檢測上(shang)的(de)應用(yong)：B超(chao)

用(yong)於(yu)檢測液位的(de)超聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)：

聲(sheng)波(bo)漫(man)反(fan)射(she)式(shi)接近傳感器(qi)用(yong)於(yu)檢測液位；

聲(sheng)波(bo)反(fan)射(she)式(shi)設計用(yong)於(yu)檢測遠處的(de)目標；

聲(sheng)波(bo)接近傳感器(qi)可(ke)有模(mo)擬量輸(shu)出(chu),可適(shi)用(yong)於(yu)的(de)連續控(kong)制(zhi).；

模(mo)擬量輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)和(he)被(bei)測(ce)物(wu)距(ju)離的(de)線性(xing)斜率(lv)可(ke)調,滿足(zu)各(ge)種(zhong)控(kong)制(zhi)要求；

聲(sheng)波(bo)接近傳感器(qi)可(ke)有兩個開(kai)關(guan)點(dian)設置(zhi),並(bing)可通(tong)過(guo)按鈕(niu)方便(bian)的(de)設置(zhi)；

方形(xing)和原(yuan)柱形(xing)設計滿足(zu)不同的(de)現場安裝要求。

3、超聲(sheng)波(bo)傳感器(qi)在(zai)質檢方面的(de)應用(yong)——超(chao)聲(sheng)波(bo)探(tan)傷(shang)儀

超聲(sheng)波(bo)探(tan)傷(shang)儀主(zhu)要應(ying)用(yong)於(yu)金屬工(gong)件內(nei)部(bu)的(de)質量檢測，如檢測金屬是否有氣泡(pao)，焊接部位(wei)是(shi)否(fou)有未焊(han)透等缺(que)陷等。

隨著科學(xue)技(ji)術的(de)快速(su)發展(zhan)，超(chao)聲(sheng)波(bo)將在(zai)傳感器(qi)中(zhong)的(de)應用(yong)越(yue)來越(yue)廣(guang)。在(zai)人(ren)類文(wen)明(ming)的(de)歷次產業(ye)革(ge)命(ming)中(zhong)，傳感技(ji)術(shu)壹直(zhi)扮演(yan)著先(xian)行(xing)官的(de)重(zhong)要角(jiao)色，它(ta)是(shi)貫(guan)穿(chuan)各(ge)個技(ji)術和應(ying)用(yong)領(ling)域的(de)關(guan)鍵技術(shu)，在(zai)人(ren)們(men)可(ke)以(yi)想(xiang)象(xiang)的(de)所有領(ling)域中(zhong)，它(ta)幾(ji)乎(hu)*。傳感器(qi)是(shi)世界各(ge)國發(fa)展(zhan)快(kuai)的(de)產業(ye)之壹(yi)，在各(ge)國有關(guan)研究、生產、應(ying)用(yong)部(bu)門(men)的(de)共同(tong)努力下(xia)，傳感器(qi)技(ji)術得(de)到(dao)了(le)飛(fei)速(su)的(de)發展(zhan)和(he)進(jin)步。但(dan)就(jiu)目前(qian)技(ji)術(shu)水平來(lai)說(shuo)，人(ren)們(men)可(ke)以(yi)具(ju)體(ti)利(li)用(yong)的(de)傳感技(ji)術(shu)還十(shi)分有限，因此，這(zhe)是壹(yi)個正在(zai)蓬(peng)勃(bo)發(fa)展(zhan)而(er)又(you)有無限前(qian)景(jing)的(de)技術(shu)及產業(ye)領(ling)域