超聲波傳感器的創(chuàng )新型應用

超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機械波，具有頻率高、波長(cháng)短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線(xiàn)而定向傳播等特點(diǎn)。 數年前，在傳感器技術(shù)領(lǐng)域，超聲波傳感器一直是備用的選擇。 新技術(shù)使得今天的超聲波傳感器非常堅固耐用并有著(zhù)精確的感應能力，這些新增強的特性拓展了新的應用領(lǐng)域，完全超越了傳統的超聲波傳感器的應用。 

超聲波傳感器的原理及性能指標

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。 

超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(cháng)短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線(xiàn)而定向傳播等特點(diǎn)。 

超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。 超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì )產(chǎn)生顯著(zhù)反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應。 

因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫學(xué)等方面。以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波，完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱(chēng)為超聲換能器，或者超聲探頭。

超聲波傳感器利用傳感器頭部的壓振陶瓷的振動(dòng)，產(chǎn)生高頻人耳聽(tīng)不見(jiàn)的聲波來(lái)進(jìn)行感應的，如果這聲波碰到了某個(gè)物體，傳感器就能接收到返回波。 

傳感器通過(guò)聲波的波長(cháng)和****聲波以及接收到返回聲波的時(shí)間差就能確定物體的距離，一個(gè)傳感器可以通過(guò)按鈕的設定來(lái)?yè)碛薪嚯x和遠距離兩種設定，無(wú)論物體在那一種界限里，傳感器都可以檢測到。 

有一些超聲波傳感器使用獨立的****和接收器，當檢測緩慢移動(dòng)的物體， 或者需要快速響應或者在潮濕環(huán)境中應用時(shí)，這種對射式或者叫分離式的超聲波傳感器就非常適用。 在檢測透明物體、液體，檢測光滑、粗糙和有光澤的，半透明材料的物體表面，和檢測不規則物體時(shí)，超聲波傳感器都是首選。 

超聲波傳感器不適用的情況有：戶(hù)外，極熱的環(huán)境，有壓力的容器內，同樣不能檢測有泡沫的物體。

超聲波傳感器主要由壓電晶片組成，既可以****超聲波，也可以接收超聲波。 小功率超聲探頭多作探測作用。 它有許多不同的結構，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭 （表面波 ）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個(gè)探頭反射、一個(gè)探頭接收）等。 

超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。 構成晶片的材料可以有許多種。 晶片的大小，直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預先了解它的性能。 

超聲波傳感器的主要性能指標包括：

（1）工作頻率 

工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。 當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)， 輸出的能量最大，靈敏度也最高。

（2）工作溫度 

由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(cháng)時(shí)間地工作而不失效。 醫療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設備。

（3）靈敏度 

主要取決于制造晶片本身。 機電耦合系數大，靈敏度高；反之，靈敏度低。 

超聲波傳感器的典型性應用

不管你的任務(wù)是在物流行業(yè)，工程機械，食品和飲料，料位檢測或自動(dòng)門(mén)和工業(yè)門(mén)檢測：超聲波傳感器都能為最多樣化的應用需求提供解決方案。請看以下9種綜合應用實(shí)例，向你展示了超聲波傳感器的多功能性。

超聲波傳感器用于砂礫儲存倉的料位監測

散裝的建筑材料是露天開(kāi)采的，如沙子，碎石，礫石。這些材料在深度達50m處被挖掘，并且必須被妥善儲存直到它們被運輸離開(kāi)現場(chǎng)。傳送帶運輸這些建筑材料到儲物倉。超聲波傳感器確定儲物倉是否到達最大的料位值。

檢測農業(yè)機械的噴桿高度

為確保一致性，最佳的噴灑覆蓋凹凸不平的地形和不同農作物高度, 為了防止噴桿影響農作物或者土壤，其高度必須連續地被監測和調節。超聲波傳感器非常適用于這一應用，因為它不受灰塵，污物和化學(xué)品的影響，并且對于檢測任何顏色的表面具有相同的精度。

高空作業(yè)平臺的防撞檢測

可駕駛的高空作業(yè)平臺在許多建筑工地變得越來(lái)越普及。這些平臺可以大大方便高空作業(yè)的實(shí)施，有效提高生產(chǎn)效率。然后，由于碰撞引起的嚴重高空作業(yè)平臺事故幾乎每天都在發(fā)生，因此安全問(wèn)題不容忽視。超聲波傳感器可以有效地保障這類(lèi)設備的安全運行。

用于噴霧噴嘴的超聲波超感器

為了幫助樹(shù)木保持在最佳狀態(tài)，化學(xué)****品通過(guò)特殊的噴灑過(guò)程被應用到。這些****品對于農民來(lái)說(shuō)是高成本的。

為了讓收成賣(mài)出合理的價(jià)格，噴灑工作必須盡可能高效。使用超聲波傳感器通過(guò)檢測檢測樹(shù)木間的間隙節省農****。一旦這些間隙被發(fā)現，噴涂過(guò)程會(huì )暫時(shí)停止。

使用超聲波傳感器實(shí)現對垃圾收集車(chē)的控制

對于可靠的操作，移動(dòng)設備需要的傳感器使它可以全天候應用在惡劣的條件下。對這些車(chē)輛來(lái)說(shuō)，極端的溫度，劇烈的顛簸和震動(dòng)是常見(jiàn)的。用于這些車(chē)輛如垃圾收集卡車(chē)上的超聲波傳感器，必須非常的堅固可靠,可以保證安全操作。

叉車(chē)托盤(pán)檢測

物流行業(yè)應用通常依賴(lài)于叉車(chē)可靠地運送重物到指定地點(diǎn)。倍加福超聲波傳感器在特定區域內監控叉車(chē)，確保其準確性和可靠性。依靠超聲波傳感器，您能決定托盤(pán)是否已上叉車(chē)以及在叉車(chē)托桿插入托盤(pán)底下多深。

印刷電路板輸送線(xiàn)

從智能手機和家用電器到我們所駕駛的車(chē)，電子-因此印刷電路板（PCBs）-是今天幾乎每個(gè)機器必不可少的特征。這些印刷電路板是任何設備的核心，必須被極其小心的處理。超聲波傳感器能幫助控制這些高度敏感的印刷電路板的生產(chǎn)過(guò)程。

飲料灌裝機采用超聲波傳感器進(jìn)行飲料瓶記數

在幾個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)對瓶子進(jìn)行檢測與計數，確保了連續的物流監控。對每只瓶進(jìn)入與離開(kāi)灌裝系統都進(jìn)行優(yōu)化，并可靠地檢測缺失的瓶子。即使在強烈的蒸汽領(lǐng)域，也能精準的確保飲料瓶的檢測。

超聲波傳感器用于閘機系統的車(chē)輛檢測

在停車(chē)場(chǎng)和車(chē)庫，入口使用閘機系統來(lái)控制。當有一個(gè)車(chē)輛在欄桿下面，欄桿不能降下。超聲波傳感器特別適合控制這一過(guò)程。他們檢測目標物不會(huì )受車(chē)輛的型號或者顏色的影響，在欄桿的下方監測整個(gè)區域。

超聲波傳感器的創(chuàng )新型應用

根據當前市場(chǎng)發(fā)展趨勢，超聲波傳感器在流量測量、廢物管理、可預見(jiàn)性維護和自動(dòng)駕駛探測等四大領(lǐng)域爆發(fā)出令人難以置信的創(chuàng )新潛力。

1、更智能的流量測量

超聲波傳感器技術(shù)的改進(jìn)使它們更加精確和便宜，在減小尺寸的同時(shí)提高了可用性。憑借這些改進(jìn)，它們將成為有效的流量測量技術(shù)，特別是對于公用事業(yè)公司。對水表、燃氣表和熱量表的益處顯而易見(jiàn)。

例如，制造商可以用超聲波傳感器替換掉原來(lái)的機械式流量計。超聲波傳感器引人注目的優(yōu)勢在于它們精度高，且沒(méi)有任何機械的活動(dòng)部件。即便如此，制造商還必須了解管路設計和傳感器的安裝位置，才能充分享受技術(shù)帶來(lái)的好處。

未來(lái)，超聲波技術(shù)將在實(shí)現供能管網(wǎng)現代化方面發(fā)揮重要作用。隨著(zhù)超聲波傳感器的不斷發(fā)展，它們將使管網(wǎng)更加穩健、高效和安全。就目前的趨勢而言，可以確信這項技術(shù)將有助于“智能管網(wǎng)”的成熟發(fā)展。

2、改善廢物管理

超聲波傳感器的眾多應用之一是能夠確定料倉中剩余物料的數量。這些傳感器通過(guò)向容器內物質(zhì)的表面水平****聲束，然后接收該聲束的反射，以實(shí)現測量功能。即使有灰塵也不影響計算的準確性。

通過(guò)這種方式，超聲波傳感器可在廢物管理中發(fā)揮積極作用。通過(guò)戰略性地將傳感器投放到垃圾桶中，市政公司可以改進(jìn)垃圾廢物的收集過(guò)程，減少低效率的操作。這些傳感器還可以防止泄漏或其他意外和傷害事故發(fā)生。

按照當前超聲波傳感器技術(shù)的發(fā)展軌跡，它們可能在未來(lái)十年內會(huì )廣泛用于廢物管理。隨著(zhù)傳感器價(jià)格不斷下降，它們的普及程度將不斷提高，這些傳感器也使得市政服務(wù)部門(mén)的職能更簡(jiǎn)單和更有效率。

3、可靠的預測性維護

超聲波傳感器在狀態(tài)監測和預測性維護方面具有一定的應用價(jià)值。它們可以最小化生產(chǎn)停機時(shí)間、提高故障排除能力、增強質(zhì)量控制和安全性。美國能源部（DOE）甚至建議將超聲波技術(shù)作為泄漏檢測的首要解決方案之一。

第三方評估小組就超聲波技術(shù)的價(jià)值潛力在某機構內的500多家網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行了調研。他們發(fā)現在每家網(wǎng)點(diǎn)都有超過(guò)100種應用，包括鍋爐、壓縮機、熱交換器、蒸汽疏水閥、閥門(mén)和其它部件等。經(jīng)濟效益非?？捎^(guān)。

通過(guò)安裝超聲波技術(shù)，該機構每年將節省大約370萬(wàn)美元?？紤]到市場(chǎng)趨勢，更多的制造商將采用超聲波傳感器進(jìn)行預測性維護，在升級之前評估并解決較小的問(wèn)題。

4、增強自動(dòng)駕駛車(chē)輛的安全性

各種傳感器被用于輔助自動(dòng)駕駛車(chē)輛導航和基本操作。在這些傳感器中，超聲波技術(shù)已經(jīng)與自動(dòng)駕駛系統集成。超聲波傳感器在傳統車(chē)輛中也有應用，用于幫助盲點(diǎn)監測和自動(dòng)泊車(chē)。

特斯拉的自動(dòng)駕駛車(chē)輛是超聲波傳感器應用的主要案例之一。它們的超聲波傳感器可以感知周?chē)?米的范圍，以保障行駛途中乘客的安全。憑借這種程度的感知意識，特斯拉汽車(chē)可以有效地降低風(fēng)險，避免事故發(fā)生。

隨著(zhù)自動(dòng)駕駛車(chē)輛的逐年改進(jìn)，超聲波傳感器也將隨之發(fā)展。它們將有助于更容易地向自動(dòng)駕駛汽車(chē)過(guò)渡，以及緩解對潛在探測問(wèn)題的憂(yōu)慮。隨著(zhù)超聲波傳感器效能的不斷發(fā)揮，這項技術(shù)將證明在未來(lái)是不可或缺的。

目前，更多的新一代超聲波傳感器安裝在不同的裝置上，“悄無(wú)聲息”地探測人們所需要的信號。 在未來(lái)的應用中，超聲波將與信息技術(shù)、新材料技術(shù)結合起來(lái)，將出現更多的智能化、高靈敏度的超聲波傳感器，利用聲波介質(zhì)對被檢測物進(jìn)行非接觸式無(wú)磨損的檢測，且其檢測性能幾乎不受任何環(huán)境條件的影響，包括煙塵環(huán)境和雨天。