超聲波傳感器是使用電能-機械能轉換來測量傳感器到目标物體距離的設備。超聲波是縱向機械波，它作為一系列壓縮和稀疏沿着波在介質中傳播的方向傳播。除了測距外，它們還用于超聲波材料檢測（檢測産品中的裂紋、氣泡和其他缺陷）、物體檢測、位置檢測、超聲波鼠标等。

這些傳感器根據其工作現象分為兩類——壓電傳感器和靜電傳感器。在這裡，我們正在讨論使用壓電原理的超聲波傳感器。壓電超聲波傳感器使用壓電材料來産生超聲波。

圖 1：超聲波發射器和接收器

超聲波傳感器由發射器和接收器組成，它們可以作為單獨的單元使用，也可以作為單個單元嵌入在一起。上圖顯示了超聲波發射器和接收器。

圖 2：超聲波發射器和接收器的背面視圖

上圖顯示了超聲波傳感器的背面視圖——接收器和發射器。兩者的結構幾乎相同，有兩條引線可以向傳感器提供和接收電信号。

圖 3：超聲波發射器内部結構

圖 4：超聲波接收器内部結構

超聲波傳感器覆蓋有金屬外殼，以保護其免受雨水、露水和灰塵的影響。

圖 5：覆蓋超聲波發射器的網和金屬外殼

金屬外殼的頂部固定有金屬網。取下網後，我們可以看到一塊錐形金屬闆放在另一張闆上。

卸下外殼後，超聲波發射器的整個組件如上圖所示。

圖 6：傳感器的諧振器和振動器

如上圖所示，一個unimorgh圓盤和作為超聲波傳感器心髒的金屬錐體被粘在底座上。最頂部的金屬錐形杯也稱為諧振器，用于有效地輻射産生的超聲波（在超聲波接收器的情況下也可以集中波）。圓形片材是一個unimorgh圓盤，也稱為振動器産生超聲波。諧振器焊接在振動器上。

圖 7：發射器和接收器的接線圖

unimorgh 圓盤通過兩根導線與外部引線電連接。它由一塊阻尼材料支撐，該阻尼材料在壓電陶瓷材料産生超聲波後對其進行抑制。如上圖所示，超聲波發射器和接收器的結構分别存在細微差别。

圖 8：(a) 圓形壓電陶瓷圓盤。(b) 接收器的方形壓電陶瓷圓盤

unimorgh 圓盤由固定在金屬圓盤上的壓電陶瓷材料制成的圓盤組成。壓電陶瓷材料将電信号轉換為超聲波，反之亦然。當向壓電陶瓷施加電壓時，會根據電壓和頻率産生機械變形。壓電陶瓷盤在發射器中呈圓形，在接收器中呈方形，以便有效地産生振動。

超聲波傳感器的工作

超聲波發射器使用附有錐形金屬片的壓電陶瓷晶體。當向壓電陶瓷施加電壓時，它會随着不斷的膨脹和收縮而振動。結果，根據壓電材料的特性，由于諧振器的錐形形狀，産生了直線傳播的超聲波。

超聲波接收器的工作原理正好相反。當超聲波撞擊諧振器時，安裝的振動器（金屬闆）會振動。随着粘貼在振動器上的壓電陶瓷盤的振動，根據壓電陶瓷材料的特性産生電流。該電流從兩個外部引線進一步引出。

距離計算

超聲波在大氣中傳播，通過撞擊目标物體，一小部分正在恢複。一旦超聲波通過發射器發射并且接收器感應到回波，就可以使用以下公式計算距離：

距離=經過的時間x聲速/2

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