超声波在工业上的主要用途从下面的两处可以看出来：超声波无损探伤以及超 声波在测量物体厚度等方面的应用。以前，受限于所处时代的科学技术水平，要想 在不破坏物体结构完整性的前提下探知物体的结构比较困难，因此也阻碍了许多研 究应用的发展。另外，在一些工业工程场合，我们需要对物体内部的结构强度等进 行检查，但是我们不能直接进入到物体内部进行探伤检查，这样做的成本太大，对 物体结构会造成破会，不太现实。后来人们发现了超声波在工业和工程探伤领域的 巨大应用潜力，这种尴尬的情况才得以改变。现如今，科学技术发展日新月异，我 们有理由相信人们对于超声波的开发利用会持续下去，并且会越来越好。

2。3。2 超声波传感器

根据超声波自身具有的一些显著特点以及在传播过程中展现的特性，科学 家们研发出了超声波传感器。它是我们合理充分地运用超声波的工具，使我们 能够准确地接发超声波。超声波传感器在实际应用中又被称为超声探头或者超

声换能器。超声波传感器重要构成之一为压电晶片，它通常会由塑料或者金属在外 层包裹。制作晶片的材质非常多，晶片的尺寸厚度也根据型号各不相同。型号类型 不一样的晶片制造成的超声波传感器的参数也不一样[6]。

1。超声波传感器性能指标：

（1）工作频率 超声波传感器的工作频率指的是压电晶片共振时的频率。如果想要得到最大输

出能量，需要确保压电晶片两头的交流电压频率与晶片共振频率完全一样。文献综述

（2）工作温度 用于制作晶片的材料的居里点较高，同时超声波探头的工作功率一般很小，所

以超声波传感器的工作时对散热要求不是很高，长时间通电工作时，也可以保持整 个系统工作的稳定性和可靠性。

（3）灵敏度 主要取决于制造晶片本身的性质。当它的机电耦合系数的不断增大时，灵敏度就会随之上升。 2。工作原理：

压电型超声波传感器的依据为压电效应，其具有相反的效果以及作用。超声波 传感器属于可逆元件。

压电效应：

压电逆效应如图 2-3 所示，外加电压被加到已经极化的压电元件的两端，元件形 状就会变化，这一现象被称为应变。产生这种现象的原因是由于两者相同极性的电 荷之间会相互排斥，所以如果按照图 b 在已经极化的压电陶瓷上外加电压，外部电 压提供的正极性电荷会和压电陶瓷内部的正性电荷互相排斥，同理内部和外部的负 电荷之间也会相互排斥。正是因为这种电荷之间的相互排斥作用，压电陶瓷在横向 上会变短，在长度上会变长。如果施加的极性被反转，压电陶瓷纵向上就会变长， 并且长度方向会减小。

3。器件结构： 超声波探头由压电晶片构成，虽然它的功率和能耗都非常低，但是它所具备的功能却一点都不含糊。一个超声波探头除了可以完成发射超声波工作，同时还可以 起到接收超声波的功能。根据不同的应用场合和工作环境的需求，超声波探头也演 化出了不同的种类型号，例如直探头、斜探头、兰姆波探头、双探头等。

图 2-3 压电效应原理图

依据压电效应，当我们外加一个电压到压电陶瓷的两端，器件会因为所加 电压大小以及频率的改变产生形变。与此同时，压电陶瓷在发生振动的时候也 会产生一个电荷，科学家们通过这个原理设计了一种元器件称为双压电晶片元 件。这个元件本质上是一种振动器，它是采用两块压电晶片或者一个压电晶片 再加上一块金属片组成的一个整体。当我们对其加上一个电压，金属片或者压 电晶片就会因此产生形变，从而振动发出我们想要的超声波信号。反过来也是 如此，如果我们想这个元件提供一个超声波信号，这个信号作用于压电晶片和 金属片，就又会形成一个电信号。所以，我们能够利用压电陶瓷制作超声波传 感器，这样就同时满足我们对超声波发射以及接收的双重需求。来:自[优.尔]论,文-网www.youerw.com +QQ752018766- MSP430单片机超声波液位自动检测装置设计(4):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_93219.html