超声波传感器的性能指标与选型准则

【导读】超声波传感器是将超声波信号转换成其它能量信号（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。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。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

1、性能指标

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，特别是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。

（4）指向性

超声波传感器探测的范围

2、选择超声波传感器时需要考虑的因素:

1.测量距离：在选择超声波传感器时，应根据所需的测量距离选择适当的型号。通常，超声波传感器的测量距离范围从几厘米到几米不等。如果传感器离物体太近，可能无法准确测量距离。如果传感器离物体太远，可能根本无法检测到物体。选择用于距离测量应用的传感器必须正确评估预期的最小和最大测量距离。

（1）确定所需的有效工作范围时（即材料窗口），需要考虑的因素包括：材料状态：液体和固体在受到声波冲击时表现不同，与超声波传感器的相互作用也不同。液体测量需要具有至少比预期最大测量距离大25％的传感器范围，而干燥物测量需要具有至少比预期最大测量距离大50％的传感器范围。

（2）材料的大小、形状和方向也会影响测量精度，大而平坦的水面比弯曲或颗粒状的物体更容易在远处被检测到。

2.准确性：超声波传感器的测量准确性也是选择时要考虑的关键因素。通常，超声波传感器的测量准确性越高，价格越高。

3.工作频率：超声波传感器的工作频率也会影响其性能。通常，超声波传感器的工作频率越高，测量准确性越高。

4.工作环境：选择超声波传感器时，工作环境也是要考虑的因素。选择超声波传感器时要考虑的一些环境因素包括：

（1）温度：例如，温度可以影响声音的传播速度，从而影响传感器测量的距离准确性。

（2）天气：冰、雪、灰尘、泥浆和其他环境材料的积聚可以阻挡传感器面部，阻止超声波声波的传输或接收。此外，污染物（如水）的进入也会影响传感器的功能。

（3）压力/真空：超声波传感器不适用于高压或真空应用。

（4）超声噪声有时会干扰测量操作。例如，气嘴、气动阀和超声波焊接机等设备可能会产生此类噪声。

5.输出信号：选择超声波传感器时，还应考虑其输出信号类型和方法，以使其与控制系统兼容。

6.价格：超声波传感器的价格也是一个考虑因素，应根据实际需求和预算选择适当的型号。