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发信人: balance (靖哥哥·凉风有信), 信区: Control
标  题: 超声波传感器 
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年07月06日07:39:31 星期六), 站内信件

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。
超声波传感器
　　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。
　　超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可
以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，
我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括；
　　（1）工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频
率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。
　　（2）工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高，特别时诊断用超声波探头使用
功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温
度比较高，需要单独的制冷设备。
　　（3）灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏
度低。
　　超声波传感技术应用在生产实践的不同方面，而医学应用是其最主要的应用之一，
下面以医学为例子说明超声波传感技术的应用。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病
，它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是：对受检者无痛
苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而推广容易，受到医务工作
者和患者的欢迎。超声波诊断可以基于不同的医学原理，我们来看看其中有代表性的一
种所谓的A型方法。这个方法是利用超声波的反射。当超声波在人体组织中传播遇到两层
声阻抗不同的介质界面是，在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时，回声在示
波器的屏幕上显示出来，而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低。
　　在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许
多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状
况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们
所需要的信号。在未来的应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现
更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。


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