超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波,由換能晶片在交變電壓的激勵下發生振動產生的,它具有頻率高、波長短、繞身現象小、特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大,尤其是在不透明的固體中,它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成回波,碰到活動物體能產生多普勤效應。因此,超聲波檢測廣泛應用在工業、國防,生物醫學等方面。
以超聲波作為檢測手段,必須產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。小功率超聲探頭多用于探測。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(一個探頭反射一個探頭接收)等。
超聲波探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電唱片。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。
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,輸出的能量最大,靈敏度也最高。
(2) 工作濕度。由于壓電材料的居里點一般比較高,特別是診斷用超聲波探頭使用功率較小,所以工作溫度比較低,可以長時間地工作而不失效。醫療用超聲波探頭的溫度比較高,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。
