超声波传感器测距的方法:取输出脉冲的平均值电压,该电压与距离成正比,测量电压即可测得距离;测量输出脉冲的宽度,即发射超声波与接收超声波的时间间隔 t,故被测距离为 S=1/2vt。如果测距精度要求非常高,则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。
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里面而受到阻碍,超声波传感技术的出现改变了这种状况。超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处,并由一截面进入另一截面时,在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法,当超声波束自零件表面由探头通至金属里面,遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来,在荧光屏上形成脉冲波形,根据这些脉冲波形来校验缺陷位置和大小。
超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号,在气体中传布,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后计较其超声波往返的传布时间,即可换算出距离或液位高度。超声波传感器测量的优势:无任何机械传动部件,也不接触被测液体,属于非接触式测量,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性液体等,因此性能稳定、可靠性高、寿命长;其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。
压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的,常用的敏感元件材料主要有压电晶体和压电陶瓷。根据正、逆压电效应的不同,压电式超声波传感器分为发生器和接收器两种,根据结构和应用的波型不同可分为直探头、表面波探头、兰姆波探头、可变角探头、双晶探头、聚焦探头、水浸探头、喷水探头和专用探头等。
压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩,在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷,这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路,非常后记录或显示出来。压电式超声波接收器的结构和超声波发生器基本相同,偶然就用同一个传感器兼作发生器和接收器两种用途。
压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理,将高频电振动转换成高频机械振动,从而产生超声波。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,此时产生的超声波非常强。压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波,其声强可达几十瓦每平方厘米。
典型的压电式超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块、保护膜等组成。压电晶片多为圆板形,超声波频率与其厚度成反比。压电晶片的两面镀有银层,作为导电的极板,底面接地,上面接至引出线。为了避免超声波传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片,在压电晶片下粘合一层保护膜。吸收块的作用是降低压电晶片的机械品质,吸收超声波的能量。