超(chao)(chao)聲(sheng)波換能器(qi)和(he)超(chao)(chao)聲(sheng)波傳感(gan)器(qi)是產生或感(gan)應超(chao)(chao)聲(sheng)波能量的設備。它們可(ke)以分為三大類(lei)：發(fa)(fa)送(song)器(qi)、接收(shou)器(qi)和(he)收(shou)發(fa)(fa)器(qi)。發(fa)(fa)射器(qi)將(jiang)電(dian)信號轉換為超(chao)(chao)聲(sheng)波，接收(shou)器(qi)將(jiang)超(chao)(chao)聲(sheng)波轉換為電(dian)信號，收(shou)發(fa)(fa)器(qi)既可(ke)以發(fa)(fa)射也可(ke)以接收(shou)超(chao)(chao)聲(sheng)波。
超(chao)聲波感應是(shi)檢測透(tou)明物體(ti)的最佳方(fang)式之一，具有(you)高可(ke)靠(kao)性，有(you)些超(chao)聲波傳感器(qi)可(ke)以檢測任(ren)何(he)顏色、表面(mian)或材料(liao)的物體(ti)。在(zai)其他光(guang)學技術可(ke)能失效的情況(kuang)下(xia)，超(chao)聲波傳感器(qi)是(shi)一種(zhong)可(ke)靠(kao)的標簽(qian)檢測解(jie)決方(fang)案，可(ke)用于任(ren)何(he)照(zhao)明環境(jing)。
本文超聲波(bo)傳(chuan)感器目(mu)錄：
1、應用(yong)和性能
2、換能器
3、在醫(yi)學上的使用
4、工(gong)業用途(tu)
一、超(chao)聲波(bo)傳(chuan)感器應用程(cheng)序和性能
超(chao)聲(sheng)(sheng)波可用于(yu)測(ce)(ce)量風(feng)速(su)和(he)風(feng)向（風(feng)速(su)計(ji)）、罐或通(tong)(tong)道(dao)液位(wei)以及(ji)通(tong)(tong)過空氣(qi)或水的(de)速(su)度。為了測(ce)(ce)量速(su)度或方向，設備使用多個檢測(ce)(ce)器并根據與空氣(qi)或水中顆粒(li)物的(de)相對距離(li)計(ji)算速(su)度。為了測(ce)(ce)量罐或通(tong)(tong)道(dao)液位(wei)，以及(ji)海(hai)平面（潮(chao)汐計(ji)），傳感器測(ce)(ce)量到流(liu)體表面的(de)距離(li)（測(ce)(ce)距）。進一步(bu)的(de)應用包括：加濕器、聲(sheng)(sheng)納、醫學超(chao)聲(sheng)(sheng)、防盜(dao)報警、無(wu)損檢測(ce)(ce)和(he)無(wu)線充(chong)電。
系(xi)統通常使用換能器，通過將電(dian)能轉換為聲音(yin)，然后在(zai)接收到回(hui)聲后將聲波(bo)(bo)轉換為可以(yi)測量和顯示的(de)電(dian)能，從而產生 18 kHz 以(yi)上的(de)超聲波(bo)(bo)范圍內的(de)聲波(bo)(bo)。
這(zhe)項(xiang)技術(shu)也可以檢測接近的物體并跟蹤它們的位置。
超聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)還可用(yong)于通過(guo)在(zai)換(huan)能(neng)(neng)器(qi)之(zhi)間傳輸(shu)和(he)接收離散的(de)超聲(sheng)(sheng)(sheng)波(bo)突(tu)發來進行(xing)(xing)點(dian)(dian)對點(dian)(dian)距(ju)離測(ce)量(liang)。這(zhe)種(zhong)技術被(bei)稱為(wei)聲(sheng)(sheng)(sheng)納微測(ce)量(liang)其中的(de)超聲(sheng)(sheng)(sheng)信(xin)號(hao)的(de)渡越時(shi)間的(de)電子測(ce)量(liang)，（即數字）和(he)數學轉換(huan)為(wei)換(huan)能(neng)(neng)器(qi)假(jia)定是已知的(de)換(huan)能(neng)(neng)器(qi)之(zhi)間的(de)介(jie)質的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)速之(zhi)間的(de)距(ju)離。這(zhe)種(zhong)方法在(zai)時(shi)間和(he)空間分(fen)辨率(lv)方面非常精確，因為(wei)飛(fei)行(xing)(xing)時(shi)間測(ce)量(liang)可以通過(guo)參考電平(ping)或零交叉跟蹤(zong)相(xiang)同(tong)的(de)入射（接收）波(bo)形得出(chu)。這(zhe)使得測(ce)量(liang)分(fen)辨率(lv)遠遠超過(guo)由換(huan)能(neng)(neng)器(qi)產(chan)生(sheng)的(de)聲(sheng)(sheng)(sheng)頻波(bo)長(chang)。
二、超聲波換能器
超聲(sheng)波換能(neng)器(qi)將交(jiao)流(liu)電(dian)(dian)轉(zhuan)換為(wei)超聲(sheng)波，反(fan)之亦然(ran)。超聲(sheng)波，通常(chang)是(shi)指壓電(dian)(dian)換能(neng)器(qi)或電(dian)(dian)容(rong)換能(neng)器(qi)。當(dang)施加電(dian)(dian)壓時，壓電(dian)(dian)晶體會(hui)改變尺寸和(he)形狀；交(jiao)流(liu)電(dian)(dian)壓使它們以相(xiang)同的頻率振蕩并(bing)產生超聲(sheng)波。電(dian)(dian)容(rong)式換能(neng)器(qi)使用導電(dian)(dian)膜片(pian)和(he)背板之間的靜電(dian)(dian)場。
換能(neng)器的波束模式可由有效換能(neng)器面(mian)積和(he)形狀、超(chao)聲波波長和(he)傳播介質的聲速確定。這些圖(tu)表顯示(shi)了未(wei)聚焦(jiao)和(he)聚焦(jiao)超(chao)聲換能(neng)器在水(shui)中的聲場，顯然處于(yu)不同(tong)的能(neng)量水(shui)平。
由于壓(ya)電材料在(zai)受(shou)力(li)時(shi)會產(chan)生(sheng)電壓(ya)，因(yin)此(ci)它們也可以(yi)用作超聲波探(tan)測器(qi)(qi)。一些系統(tong)使用單獨(du)的發射(she)器(qi)(qi)和接(jie)收(shou)器(qi)(qi)，而另一些系統(tong)將(jiang)這兩種功能結(jie)合到一個(ge)壓(ya)電收(shou)發器(qi)(qi)中。
超(chao)聲波發(fa)射器也可以使用非壓電(dian)原理。比如磁致伸縮(suo)。當暴露(lu)在磁場中時(shi)，具有這(zhe)種特性(xing)的材(cai)料會略微(wei)改變尺寸，并制成實用的換能(neng)器。
電(dian)(dian)容器(qi)（“冷凝(ning)器(qi)”）麥(mai)克風(feng)具有響應超聲波的薄隔膜。振膜和緊(jin)密(mi)間隔的背板之間電(dian)(dian)場的變化(hua)將聲音信(xin)號(hao)轉(zhuan)換為(wei)電(dian)(dian)流，該電(dian)(dian)流可以(yi)被放大。
隔(ge)(ge)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)（或(huo)(huo)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)）原(yuan)理也(ye)用于相對較(jiao)新的(de)微(wei)機械超(chao)聲換能器 (MUT)。這(zhe)些(xie)器件是使(shi)用硅微(wei)加(jia)工技(ji)術（MEMS技(ji)術）制(zhi)造(zao)的(de)，這(zhe)對制(zhi)造(zao)換能器陣列特別有用。可以(yi)(yi)使(shi)用隔(ge)(ge)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)和緊密間隔(ge)(ge)的(de)背板 ( CMUT )之間的(de)電(dian)容(rong)或(huo)(huo)通過在隔(ge)(ge)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)上添加(jia)薄薄的(de)壓電(dian)材料(liao)層 ( PMUT ) 以(yi)(yi)電(dian)子方(fang)式測(ce)(ce)量或(huo)(huo)感應隔(ge)(ge)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)振(zhen)動。或(huo)(huo)者，最近的(de)研(yan)究(jiu)表明(ming)，隔(ge)(ge)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)的(de)振(zhen)動可以(yi)(yi)通過集成在隔(ge)(ge)膜(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)內(nei)部的(de)微(wei)型(xing)光學環形諧振(zhen)器(OMUS) 來(lai)測(ce)(ce)量。
超聲(sheng)波(bo)換能(neng)器也用于(yu)聲(sheng)懸浮。
三、超聲波傳感器(qi)在醫學中(zhong)的(de)使(shi)用(yong)
醫用(yong)超聲換能器（探頭）有各(ge)種不同的形狀和尺寸(cun)，用(yong)于制(zhi)作身體(ti)各(ge)個部位的橫(heng)截面圖像(xiang)。換能器可以與(yu)皮膚接觸使用(yong)，如在胎兒超聲成像(xiang)中，或(huo)插(cha)入身體(ti)開口，如直腸(chang)或(huo)陰道。執行(xing)超聲引(yin)導(dao)程序的臨床醫生(sheng)通常使用(yong)探頭定位系統來(lai)固定超聲換能器。
四(si)、超聲(sheng)波傳感(gan)器在工業中(zhong)使(shi)用
在許多自動化工廠和加工廠中，超聲波(bo)傳感(gan)器可(ke)以(yi)檢測目標的(de)(de)(de)(de)移(yi)動并測量它們(men)的(de)(de)(de)(de)距離。傳感(gan)器可(ke)以(yi)具有用于檢測物體運動的(de)(de)(de)(de)開或關數字(zi)輸(shu)出，或與距離成比例(li)的(de)(de)(de)(de)模擬輸(shu)出。作為幅材(cai)引導系統的(de)(de)(de)(de)一(yi)部分，它們(men)可(ke)以(yi)感(gan)應材(cai)料的(de)(de)(de)(de)邊緣。
超(chao)(chao)聲波傳感(gan)器在汽車(che)中廣泛(fan)用(yong)作停車(che)傳感(gan)器，以幫助(zhu)駕駛(shi)員倒車(che)進入停車(che)位(wei)。它們正在接受許多其他汽車(che)用(yong)途(tu)的測(ce)試，包(bao)括超(chao)(chao)聲波人員檢測(ce)和輔助(zhu)自主無人機導(dao)航。
由于(yu)超聲(sheng)(sheng)(sheng)波傳感(gan)(gan)器(qi)使用(yong)聲(sheng)(sheng)(sheng)音而(er)不是光進行(xing)檢(jian)測(ce)，因(yin)此它們可以(yi)在(zai)光電(dian)傳感(gan)(gan)器(qi)無法使用(yong)的應用(yong)中工(gong)作(zuo)。超聲(sheng)(sheng)(sheng)波是透(tou)明物體(ti)檢(jian)測(ce)和液位測(ce)量的絕(jue)佳解決(jue)方案，這些應用(yong)由于(yu)目(mu)標半透(tou)明而(er)受到光電(dian)技術的困擾。同(tong)樣(yang)，目(mu)標顏色或反射率不會影響(xiang)超聲(sheng)(sheng)(sheng)波傳感(gan)(gan)器(qi)，超聲(sheng)(sheng)(sheng)波傳感(gan)(gan)器(qi)可以(yi)在(zai)強(qiang)光環境中可靠運行(xing)。
無源超聲波傳感器可用于檢測高壓(ya)氣體或液體泄(xie)漏，或其他產(chan)生(sheng)超聲波的危險情況(kuang)。在(zai)這些設備中，來自(zi)換能器（麥(mai)克風）的音頻被(bei)轉換為人類聽覺(jue)范圍。
高功率超(chao)聲波發射器用(yong)于市(shi)售超(chao)聲波清洗設備。超(chao)聲波換(huan)能器固定在(zai)(zai)裝有溶(rong)劑(ji)（通常(chang)是水或(huo)異丙醇）的(de)不(bu)銹鋼(gang)盤(pan)上(shang)。方(fang)波饋(kui)入換(huan)能器，在(zai)(zai)溶(rong)劑(ji)中產生足以引起空(kong)化的(de)聲音。
超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)技(ji)術已(yi)被用于多種清潔目的(de)(de)。在過去十年中(zhong)，其中(zhong)一個獲得了相當大的(de)(de)吸引力(li)的(de)(de)是(shi)超(chao)聲(sheng)(sheng)波(bo)槍清潔。
超(chao)聲波檢測還廣(guang)泛用于冶金和(he)(he)工(gong)程領域，以(yi)使用不同類(lei)型的掃(sao)描來評估腐蝕、焊縫和(he)(he)材料缺陷。
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