超声波探测原理

超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。产生超声波的装置有机械型超声发生器(例如气哨、汽笛和液哨等)、利用电磁感应和电磁作用原理制成的电动超声发生器、以及利用压电晶体的电致伸缩效应和铁磁物质的磁致伸缩效应制成的电声换能器等。

超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送，也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器，发送与接收略有差别，它适用于在空气中传播，工作频率一般为23-25KHZ及

40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有T/R-40-60，T/R-40-12等(其中T表示发送，R表示接收，40表示频率为40KHZ，16及12表示其外径尺寸，以毫米计)。

倒车雷达探头:为了研究和利用超声波,人们已经设计和制成了许多超声波发生器.超声波探头、运用倒车雷达探头，总体上讲,超声波发探头可以分为两大类:一类是用电气方式产生超声波,一类是用机械方式产生超声波.目前较为常用的是压电式超声波发生器.其有两个压电晶片和一个共振板.当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波.反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波探头了

磁致伸缩：把铁磁物质放入磁场中，其尺寸会发生变化。反之，这种材料受外力作用产生形变，也会引起内部磁场的改变。这种现象称为磁致伸缩效应。前者为正效应(焦耳效应、用于超声辐射)，后者为逆效应(费赖效应用于超声接收)。利用磁致伸缩效应可实现电能与机械能之间的互相转换，制成磁致伸缩超声换能器。

磁致伸缩材料 / Magnetostrictive?material

具有磁致伸缩特性的材料。工程上利用这一特性将电能转换成机械能或将机械能转换成电能。磁致伸缩是指在交变磁场的作用下，物体产生与交变磁场频率相同的机械振动;或者相反，在拉伸、压缩力作用下，由于材料的长度发生变化，使材料内部磁通密度相应地发生变化，在线圈中感应电流，机械能转换为电能。

磁致伸缩材料根据成分可分为金属磁致伸缩材料和铁氧体磁致伸缩材料。金属磁致伸缩材料电阻率低，饱和磁通密度高，磁致伸缩系数λ大(λ=Δl/l，l为材料原来的长度，Δl为在磁场H作用下的长度改变量),用于低频大功率换能器，可输出较大能量。铁氧体磁致伸缩材料电阻率高，适用于高频，但磁致伸缩系数和磁通密度均小于金属磁致伸缩材料。Ni-Zn-Co铁氧体磁致伸缩材料由于磁致伸缩系数λ的提高而得到普遍应用。

工程上常用磁致伸缩材料制成各种超声器件，如超声波发生器、超声接收器、超声探伤器、超声钻头、超声焊机等;回声器件，如声呐、回声探测仪等;机械滤波器、混频器、压力传感器以及超声延迟线等。

超声波的两个主要参数：

频率：F≥20KHz(在实际应用中因为效果相似，通常把F≥15K的声波也称为超声波);

功率密度：p=发射功率(W)/发射面积(cm2);通常p≥0.3w/cm2