探究超聲波傳感器及其應用

王薇

【摘要】 超聲波技術在國內(nèi)外具有廣泛應用，這一技術可對聲波在物種中的傳播規(guī)律進行分析，它與現(xiàn)代自然科學領域中的聲學以及物質(zhì)同基本粒子相互作用技術和電磁技術共同組成了探索物質(zhì)的核心技術體系。當前這一技術已在數(shù)據(jù)通信領域以及工業(yè)加工生產(chǎn)技術領域和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)領域、動力工程領域等綜合性技術領域中得到了重點應用與實踐。

【關鍵詞】 超聲波 傳感器 應用

超聲波是一種彈性波，它具有X射線以及光波和磁波等諸多波線所不具有的功能特點，正是基于超聲波的應用靈活性與技術要求性高等特點，人們將其制成超聲波傳感器進行工業(yè)實踐與應用。

一、超聲波傳感器概況

1.1超聲波及其原理

物體機械振動狀態(tài)的傳播形式就是聲波，而超聲波主要是指聲波頻率在20000Hz以上的聲波形式。由于這種聲波每秒鐘的振動頻率較高，因此大大超出了人耳所能承受的聽覺范圍。超聲波按照其在機械振蕩過程中的不同表現(xiàn)形式，可將其分為縱向與橫向兩種振蕩波[1]。而在我國現(xiàn)階段的工業(yè)實踐中，主要應用的是縱向振蕩波，與可聽聲波相比，超聲波具有獨特的傳播特征，其衍射能力較強，而且在均勻的傳播介質(zhì)中可以進行直線傳播。一般情況下，在同等強度條件下，聲波的頻率與功率具有正相關性，聲波頻率越大，其傳波的功率就越大。因為超聲波要比一般聲波頻率更大，所以其在運行傳播時的功率也較大。由于超聲波具有諸多優(yōu)點，因此在不同環(huán)境下得到了廣泛應用與實踐。

1.2超聲波傳感器的特點

超聲波傳感器是利用超聲波的上述優(yōu)點研制而成的一種數(shù)字傳感器，以超聲技術為核心、超聲傳感裝置為載體，進行超聲波傳輸與接收。通常情況下，超聲波傳感器又稱為超聲換能器及超聲探頭。超聲波探頭主要由壓電晶片構成，其不但可以接收超聲波，而且可以發(fā)射超聲波。因此在超聲探頭中，核心運作組件就是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。這種壓電晶片通過具有磁致伸縮作用的鎳鐵鋁合金材料與具有電致伸縮作用的壓電晶片材料制成。采用壓電晶體材料構成的超聲波傳感器是具有可逆功能的一種數(shù)字化傳感器，在其運行過程中可將機械設備的電能轉(zhuǎn)化為機械能，從而在不同能量轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生超聲波。與此同時，超聲波傳感器可接收超聲波，從而將機械能轉(zhuǎn)化為電能[2]。因此，按照超聲波傳感器的實際工作運行原理，可將其分為超聲波接收器與超聲波傳輸器。

二、超聲波傳感器的具體應用分析

首先，超聲波傳感器可在遠距離傳輸過程中得到運用。通過上述分析可知，超聲波傳感器主要由處理單元模塊及超聲換能單元模塊、輸出單元模塊所組成。在具體應用過程中，處理單元模塊可對超聲換能器進行電壓激勵，從而使經(jīng)過激勵后的電壓以脈沖形式發(fā)出電磁波。隨之，超聲換能器轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，處理單元模塊對接收到的超聲波脈沖進行科學分析，以此判斷其接收到的信號是否是超聲波的回聲[3]。如果經(jīng)過核實，其所接收到的信號是超聲波回聲，則對超聲波的聲波傳輸時間進行測量分析，按照行程測算結果，對反超聲波的行程時間進行測算分析。在具體應用過程中，可將超聲波傳感裝置安裝于適當位置，并對被測物體變化方向發(fā)射的超聲波進行分析，就可測量物體表面與超聲波傳感器之間的實際距離。

其次，超聲波傳感器可在醫(yī)學領域進行廣泛應用。目前，超聲波在醫(yī)學領域中的實踐應用，主要體現(xiàn)在患者臨床疾病診斷方面。隨著這項技術不斷成熟，超聲波傳感器診斷已成為我國現(xiàn)階段醫(yī)學領域中的一種重要診斷方式。在實際運用過程中，利用超聲波進行疾病診斷的主要優(yōu)點是受檢者無明顯的疾病痛苦，而且實踐操作過程非常簡單、無損害、無創(chuàng)傷，診斷過程中有較為清晰的顯像，尤其是診斷精確率較高。

另外，超聲傳感器在測量液位中具有重要作用。在液位測量過程中，超聲波的使用原理是，通過超聲波探頭發(fā)出超聲脈沖信號，其在空氣中進行廣泛傳播。當傳播過程中遇到空氣與液面之后，就會被被測液體的液面反射回來，此時技術測量人員可根據(jù)反射回的信號測算時間與距離，從而得到液面實際高度。在液面測量中，超聲波傳感器測量技術屬于非接觸式測量，因此測量過程中電磁干擾小、不易受到刺激性液體腐蝕，且測量結果穩(wěn)定，設備使用壽命較長。

除此之外，超聲波傳感器可在測距系統(tǒng)中得到應用實踐。采用超聲波傳感器進行距離測算，不但可以科學測量設備輸出脈沖的寬度，而且可以測量脈沖波的具體運行時間。因此，測量精度較高，并可對測量結果與測量過程進行修正。

結束語：綜上所述，超聲波傳播方向性較好，因此能夠集中進行傳播；同時，超聲波的傳播適應能力較強，其能夠在不同傳播媒介中進行科學傳播，而且能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離傳播；再者，超聲波與傳聲媒介的相互作用適中，而且在傳波過程中容易攜帶有關傳聲媒介狀態(tài)的信息。因此，基于上述應用優(yōu)點，其在我國諸多技術領域已得到廣泛應用與實踐。

參 考 文 獻

[1]李戈，孟祥杰，王曉華，王重秋.國內(nèi)超聲波測距研究應用現(xiàn)狀[J].測繪科學，2011，36（04）：60-62.

[2]陳武.超聲波傳感器在智能汽車系統(tǒng)中的應用[J].硅谷，2011，11（14）：127.

[3]韋興平，車暢，宋春華.超聲波傳感器應用綜述[J].工業(yè)控制計算機，2014，27（11）：135-136+139.