超声波传感器 接近开关 东华大学 机械工程学院 周虎 超声波及其物理性质 波动（简称波）：振动在弹性介质内的传播 声波：其频率在16~2×104 Hz之间，能为人耳所闻的机械波 次声波：低于16 Hz的机械波 超声波：高于2×104 Hz的机械波 微波：频率在3×108~3×1011 Hz之间的波 声波的频率界限图 超声波的波型.

纵波——质点振动方向与波的传播方向一致的 波，称为纵波。它能在固体、液体和气体中传播； 横波——质点振动方向垂直于传播方向的波，称为横波。 它只能在固体中传播； 表面波——质点的振动介于纵波与横波之间，沿着表面传 播，振幅随深度增加而迅速衰减的波，称为表面波。表面 波质点振动的轨迹是椭圆形（其长轴垂直于传播方向，短 轴平行于传播方向）。表面波只能沿着固体的表面传播。

超声波的传播速度 纵波、横波及表面波的传播速度，取决于介 质的弹性常数及介质密度。气体和液体中只能传 播纵波，其中气体中的声速为344m/s，液体中声 速在900～1900m/s。 超声波在空气中的传播速度V0=331.5+0.61T(T为环境温度) 超声波传感器 超声波传感器是通过发生高频声波，然后测量声 波从发生器发出、至目标物体再反射回来所需要 的时间，来进行传感监测的。也可称为“传播时 间” 。

超声波传感器的操作功能 1. 传感器变送器发射高频声波 (175KHZ 到 215KHZ) 2. 目标物体将声波反射回来 3. 标送器接收到反射回来的信号 4. 测量传播时间 5. 将空气温度取样Temperature of air is sampled 6. 计算距离

多普勒效应 当波源S和接收器R有相对运动时, 接收器所测得的 频率 不等于波源振动频率 的现象。 参考系 : 媒质 s 波源振动频率 波源和接收器都静止 (VS=0,VR=0) 波一发出就会脱离波源运动。 每隔一周期画一波面，间隔为 ， 波速 u 与波源和 接收器无关。 单位时间通过 R 的波的个数， 即为 R 收到的频率 u 1 S · Vs VR R · s R u 超声波的反射和折射 sin c1 sin c2 图13.2 超声波的反射和折射 超声波的吸收与衰减

声衰减定义： 是指声能随着传播距离而减弱的现象 衰减量=频率×深度 频率高，衰减重 原因：吸收损耗、声束扩散、反射和折射 超声波的衰减 声波在介质中传播时，随着传播距离的增加， 能量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律满足以 下函数关系： Px P0 e x I x I 0 e 2x 式中: Px x 、I x —— 声波在距声源x处的声压和声强； P0 、I 0 —— 声波在声源处的声压和声强； x —— 声波与声源间的距离； —— 衰减系数。 超声波传感器的工作原理 ? 压电式超声波传感器 磁致伸缩式超声波传感器 压电式超声波传感器 压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理 来工作的。 压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动 转换成高频机械振动，从而产生超声波。

OsiSense XX施耐德超声波传感器/超声波开关