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超声波传感器是一种能够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。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、方向性好等特点。超声波传感器利用超声波的特性进行非接触式的检测和测量,广泛应用于工业、国防、生物医学等领域。12
超声波传感器的工作原理主要是利用超声波的特性进行检测。它包含一个或多个发射器和一个或多个接收器。发射器向某一方向发射超声波,同时开始计时;超声波在空气中传播,途中碰到障碍物立即反射回来,接收器接收到反射波后立即停止计时。通过测量超声波在空气中传播的时间,可以计算出传感器与障碍物之间的距离。
超声波传感器按工作原理可分为多种类型,包括但不限于压电式和磁致伸缩式。压电式是的类型之一,它利用压电效应将电能转换为声能,再通过接收器的转换将声能转回电能,通过分析回声的时间、失真或缺失来检测物体的存在、位置或距离。
超声波传感器的系统构成主要包括电源部分、发送部分、控制部分和接收部分。电源部分为整个系统提供供电;发送部分由发送器和换能器构成,负责发射超声波;控制部分对整个工作系统进行控制;接收部分由换能器和放大电路组成,负责接收反射回来的超声波并将其转换为电信号进行放大处理。
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主要应用
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时,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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