人们能听到的声音是由物体振动产生的，它的频率在20Hz ～20kHz 范围内。超过20kHz 称为超声波，低于20Hz 称为次声波。检测常用的超声波频率范围为2.5×104～1×107Hz。

超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，它的波形有纵波、横波、表面波3 种。质点的振动方向与波的传播方向一致的波称为纵波。质点的振动方向与波的传播方向垂直的波称为横波。质点的振动介于纵波与横波之间，沿着表面传播，振幅随深度的增加而迅速衰减的波称为表面波。横波、表面波只能在固体中传播，纵波可在固体、液体及气体中传播。

超声波具有以下基本性质。

(1)传播速度。超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关，也与环境条件有关。对于液体，其传播速度c 为

式中，ρ 为介质的密度；Bg为绝对压缩系数。

在气体中，超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关，在空气中的传播速度c 为

式中，t 为环境温度。

对于固体，其传播速度c 为

式中，E 为固体的弹性模量；μ 为泊松系数。

(2)反射与折射现象。超声波在通过两种不同的介质时，会产生反射和折射现象，如图9-15 所示，并有如下的关系

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式中，c1、c2为超声波在两种介质中的速度；α 为入射角；β 为折射角。

图9-15　超声波的反射与折射

(3)传播中的衰减。随着超声波在介质中传播距离的增加，由于介质吸收能量而使超声波强度有所衰减。若超声波进入介质时的强度为I0，通过介质后的强度为I，则它们之间的关系为

式中，d 为介质的厚度；A 为介质对超声波能量的吸收系数。

介质中的能量吸收程度与超声波的频率及介质的密度有很大关系。介质的密度ρ 越小，衰减越快，尤其在频率高时则衰减更快。因此，在空气中通常采用频率较低(几十千赫)的超声波，而在固体、液体中则采用频率较高的超声波。

超声波在遇到移动物体时会产生多普勒效应，使接收的超声波频率发生变化，由此可以做成多普勒测距系统。常用超声波传感器的中心频率有30kHz、40kHz、75kHz、200kHz和400kHz 等。

国产TC40 系列超声波传感器的中心频率为40kHz，有效传输距离≥15m，反射接收的有效距离为4 ～7m。其主要技术指标如表9-2 所示。

表9-2　TC40 系列超声波传感器的主要技术指标

超声波传感器配上不同的电路，可制成各种不同的超声波仪器及装置，应用于工业生产、医疗、家用电器等行业中。超声波技术应用情况如表9-3 所示。

表9-3　超声波技术应用情况