超声波技术系列【一】| 工作原理

超声波技术的通用性几乎没有限制，适用于木质的、金属的或塑料的，彩色的、反光的或透明的，固体的、液体的或粉末的材料。该技术对材质、表面类型和色彩的不敏感性，赋予其应用范围广泛的特性。即使在非常恶劣的环境条件下，使用其他技术可能很快就达到了其应用的极限，而超声波技术的这一特性依然不变。

在通用性和可靠性要求非常高的工业应用中，超声波传感器经常被用于物体检测和距离测量。不同尺寸和外形的超声波传感器都具有以下优势：最小的盲区，高达 10m 的长测量范围，以及可调节的声锥。

1.工作原理

超声波传感器既可进行无接触式物体检测，又可测量物体与传感器的距离。传感器发送高频声波脉冲来进行测量。脉冲以近似锥形在空气中传播，在碰触到物体表面后即被反射。传感器根据时间飞逝的原理进行工作。这样就实现了物体检测和与目标物距离的测量。

2.物理基础

频率在 16kHz 以上、人类无法听到且对人体无害的声波被称为超声波。超声波可以在不同的材质中传播：固体物体（材料控制）、人体和动物组织（医学超声检查）、液体（船上回声探测）和周围的空气。根据传感器类型的不同，传播距离可能小至几十毫米，或远到几米。但声波在真空中是无法传播的。由于传播特性和声速在不同的材质中会发生不同的变化，因此必须对传感器进行有针对性的调整以适应不同的介质。

倍加福超声波传感器用于瓶盖检测

倍加福超声波传感器用于瓶状物体检测

3.压电式换能器产生超声波需要用到压电式换能器，即所谓的压电陶瓷。超声波碰触到物体后，会被反射（回波）并被压电陶瓷再次转换为电信号。传感器对发射的超声波脉冲与接收到的回波之间的时间间隔进行测量，然后根据声速来确定传感器与物体的距离。因此这个过程也被称为时间飞逝原理。超声波换能器的工作频率从 40 到 850kHz 不等。

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倍加福 超声波传感器 时间飞逝原理测量法