超声波传感器的工作原理

欧沁机电

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，其工作原理如下：
超声波的产生
1.主要材料有压电晶体及镍铁铝合金两类。由压电晶体构成的超声波传感器是可逆的，能将电能转化为机械振荡产生超声波，接收到超声波时也能转化为电能。
2.具体来说，发射器中的压电晶体在受到电压激励时，会发生振动，由此产生超声波。超声波是一种高频声波，其频率一般在20kHz到200kHz之间，常见的超声波传感器发射的频率在23 - 40kHz ，也有中心频率高达200kHz的高频性传感器。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。
超声波的传播与反射
1.超声波是振动频率高于20kHz的机械波，具有频率高、波长短、绕射现象小、方向性好、能够成为射线而定向传播等特点，对液体、固体的穿透本领很大。
2.当超声波传感器向目标物体发射超声波后，超声波在介质（通常是空气）中传播，遇到目标物体表面时，一部分声波会被反射回来，形成反射波。
反射波的接收与处理
1.传感器中的接收器模块会接收到反射波，并将其转化为电信号。接收器中的压电晶体同样会受到声波的振动而产生电信号。
2.接收器将接收到的电信号传递给信号处理电路进行处理。信号处理电路首先会计算超声波的传播时间，通过知道声速和传播时间，就可以得到目标物体与传感器之间的距离。计算公式为：距离（米）=（经过的时间[秒] * 声速[米/秒]）/ 2 ，在室温下，空气中声速约为343米/秒 。
此外，一些先进的超声波传感器还会采用多普勒效应来实现速度测量。当源波发射者和接收者相对于反射面或目标运动时，从反射波中可以观察到频率发生变化，通过反射波中的频率变化，传感器可以计算出目标物体的运动速度。