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超声波传感器的常见检测方式及原理解析

在工业方面，超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去，许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍，超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上，“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的超声波传感器应用中，超声波将与信息技术、新材料技术结合起来，将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。

超声波传感器的常见检测方式及原理解析

一、根据被检测对象的体积、材质、以及是否可移动等特征

超声波传感器采用的检测方式有所不同，常见的检测方式有如下四种：

1、穿透式：发送器和接收器分别位于两侧，当被检测对象从它们之间通过时，根据超声波的衰减（或遮挡）情况进行检测。

2、限定距离式：发送器和接收器位于同一侧，当限定距离内有被检测对象通过时，根据反射的超声波进行检测。

3、限定范围式：发送器和接收器位于限定范围的中心，反射板位于限定范围的边缘，并以无被检测对象遮挡时的反射波衰减值作为基准值。当限定范围内有被检测对象通过时，根据反射波的衰减情况（将衰减值与基准值比较）进行检测。

4、回归反射式：发送器和接收器位于同一侧，以检测对象（平面物体）作为反射面，根据反射波的衰减情况进行检测。

二、检测好坏

超声波传感器用万用表直接测试是没有什么反映的。要想测试超声波传感器的好坏可以搭一个音频振荡电路，当C1为390OμF时，在反相器⑧脚与⑩脚间可产生一个1.9kHz左右的音频信号。把要检测的超声波传感器（发射和接收）接在⑧脚与⑩脚之间;如果传感器能发出音频声音，基本就可以确定比超声波传感器是好的。

注：C1=3900μF时，为1.9kHZ左右；C1=0.O1μF时，约0.76kHZ。

三、液位测试

超声波测量液位的基本原理是：由超声探头发出的超声脉冲信号，在气体中传播，遇到空气与液体的界面后被反射，接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间，即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点：

（1）无任何机械传动部件，也不接触被测液体，属于非接触式测量，不怕电磁干扰，不怕酸碱等强腐蚀性液体等，因此性能稳定、可靠性高、寿命长；

（2）其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。

系统采用的超声波传感器的工作频率为40kHz左右。由发射传感器发出超声波脉冲，传到液面经反射后返回接收传感器，测出超声波脉冲从发射到接收到所需的时间，根据媒质中的声速，就能得到从传感器到液面之间的距离，从而确定液面。考虑到环境温度对超声波传播速度的影响，通过温度补偿的方法对传播速度予以校正，以提高测量精度。计算公式为：

V=331.5+0.607T （1）

式中：V为超声波在空气中传播速度；T为环境温度。

S=V ×t/2=V×（t1－t0）/2 （2）

式中：S为被测距离；t为发射超声脉冲与接收其回波的时间差；t1为超声回波接收时刻；t0为超声脉冲发射时刻。利用MCU的捕获功能可以很方便地测量t0时刻和t1时刻，根据以上公式，用软件编程即可得到被测距离S。由于本系统的MCU选用了具有SOC特点的混合信号处理器，其内部集成了温度传感器，因此可利用软件很方便的实现对传感器的温度补偿。