日本歐姆龍OMRON超聲波傳感器的工作原理

    人類耳朵能聽到的聲波頻率為20HZ～20KHz。當聲波的振動頻率大于20KHz或小于20Hz時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20KHz赫茲的聲波稱為“超聲波"。因其方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫學、軍事、工業、農業上有很多的應用。如超聲波清洗機，超聲波加濕器，醫學檢查B超，彩超，超聲波探傷儀等。

    聲音是由振動產生的，能夠產生超聲波的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲換能器，或者超聲探頭。超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發射超聲波，也可以接收超聲波。構成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，使用前必須預先了解它的性能。

      常用的是壓電式超聲波發生器，是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波傳感器探頭內部有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會發生共振，并帶動共振板振動，便產生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。 超聲波傳感器就是利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉化，即在發射超聲波的時候，將電能轉換成超聲波發射出去；而在接收時，則將超聲振動轉換成電信號。

超聲波測距原理：

   常用的超聲測距的方法是回聲探測法，如下圖，超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時計數器開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來，超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發射點距障礙物面的距離s，即：s=340t/2

     超聲波發射電路：由555定時器產生40KHZ的脈沖信號，加到超聲波探頭的引腳上，使內部的壓電晶片產生共振，向外發射超聲波。

    超聲波接收電路： 由于超聲波接收探頭產生的電信號非常弱，需要進行放大處理，下圖，由晶體管和運算放大器LM324構成放大電路，對接收信號放大后，驅動繼電器。

      一般采用集成的信號放大器芯片，對信號進行放大處理。CX20106是SONY公司的集成前置放大器，由前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分器、整型電路組成。其中的前置放大器具有自動增益控制功能，可以保證在超聲波傳感器接收較遠反射信號輸出微弱電壓時放大器有較高的增益,在近距離輸入信號強時放大器不會過載。

     超聲波也是一種聲波，其聲速V與溫度有關。在使用時，如果傳播介質溫度變化不大，則可近似認為超聲波速度在傳播的過程中是基本不變的。如果對測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法對測量結果加以數值校正。V = 331．4 + 0．607T ，式中，T為實際溫度單位為℃，v為超聲波在介質中的傳播速度單位為m／s

    實際測量時由于傳感器和被測物體的角度不同，被測物體表面也可能是不是平整的，產生幾種特殊情況，會導致測量結果錯誤，如下圖，可以通過旋轉探頭角度多次測量來解決。

超聲波傳感器工作分為兩個步驟：

超聲波傳感器換能器頭——重要的部分

發射模式：

1, 在電子振蕩器的作用下傳感器產生一批聲波/脈沖，然后這些聲波被發送到周圍空氣 。

2, 聲波從傳感器傳送到目標物。

3, 傳感器轉換成接受模式。

接收模式：

4,部分被物體反射的回聲返回到傳感器中去 。

5,傳感器的微處理器計算發射接收所用的時間t。（如果聲速在介質中傳播速度為v，傳感器距離目標物的距離則為：S=v*t/2)

6,微處理器驅動一個顯示距離或開關量的輸出信號.

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