1.超声波基本概念

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透能力很强，尤其是在阳光下不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。

以超声波作为检测手段，必须产生超声波和接收超声波，完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上又称为超声换能器，或者超声探头。

2.超声波系统组成

超声波系统由发送传感器（或称波发送器）、接收传感器（或称波接收器）、控制部分与电源部分组成。超声波探头主要由压电晶片组成，既可以发射超声波，也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构，可分直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头（一个探头反射、一个探头接收）等。超声波传感器的外形如图3-10、图3-11所示。

图3-10 超声波传感器的反面

图3-11 超声波传感器的正面(www.daowen.com)

超声波探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小，如直径和厚度也各不相同，因此每个探头的性能是不同的，我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括：

1）工作频率：压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。

2）工作温度：由于压电材料的居里点一般比较高，特别是诊断用超声波探头使用功率较小，所以工作温度比较低，可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声波探头的温度比较高，需要单独的制冷设备。

3）灵敏度：主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。

4）指向性：超声波传感器探测的范围。

3.超声波传感器的应用

超声波传感器应用在工农业生产的不同方面。而医学应用是其最主要的应用之一。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病，现在它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法。超声波诊断的优点是，对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等。因而受到医务工作者和患者的欢迎。另外，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。