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關于德國PEPPERL+FUCHS倍加福超聲波傳感器的工作原理
P+F超聲波傳感器是將超聲波信號轉換成其它能量信號（通常是電信號）的傳感器。超聲波是振動頻率高于20kHz的機械波。它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。P+F超聲波傳感器廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。
常用的P+F超聲波傳感器由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭發(fā)射、一個探頭接收）等。
超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，我們使用前必須預先了解它的性能。P+F超聲波傳感器的主要性能指標包括：
工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。
由于壓電材料的居里點一般比較高，特別是診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設備。
主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數大，靈敏度高；反之，靈敏度低。
超聲波傳感技術應用在生產實踐的不同方面，而醫(yī)學應用是其最主要的應用之一，下面以醫(yī)學為例子說明超聲波傳感技術的應用。超聲波在醫(yī)學上的應用主要是診斷疾病，它已經成為了臨床醫(yī)學中*的診斷方法。超聲波診斷的優(yōu)點是：對受檢者無痛苦、無損害、方法簡便、顯像清晰、診斷的準確率高等。因而推廣容易，受到醫(yī)務工作者和患者的歡迎。超聲波診斷可以基于不同的醫(yī)學原理，我們來看看其中有代表性的一種所謂的A型方法。這個方法是利用超聲波的反射。當超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質界面時，在該界面就產生反射回聲。每遇到一個反射面時，回聲在示波器的屏幕上顯示出來，而兩個界面的阻抗差值也決定了回聲的振幅的高低。
在工業(yè)方面，超聲波的典型應用是對金屬的無損探傷和超聲波測厚兩種。過去，許多技術因為無法探測到物體組織內部而受到阻礙，超聲波傳感技術的出現改變了這種狀況。當然更多的P+F超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上，“悄無聲息"地探測人們所需要的信號。在未來的應用中，超聲波將與信息技術、新材料技術結合起來，將出現更多的智能化、高靈敏度的P+F超聲波傳感器。
超聲波距離傳感器技術應用
超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。
超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。
超聲波距離傳感器可以廣泛應用在物位（液位）監(jiān)測，機器人防撞，各種超聲波接近開關，以及防盜報警等相關領域，工作可靠，安裝方便， 防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。
具體應用
一、P+F超聲波傳感器可以對集裝箱狀態(tài)進行探測。將P+F超聲波傳感器安裝在塑料熔體罐或塑料粒料室頂部，向集裝箱內部發(fā)出聲波時，就可以據此分析集裝箱的狀態(tài)，如滿、空或半滿等。
二、P+F超聲波傳感器可用于檢測透明物體、液體、任何表粗糙、光滑、光的密致材料和不規(guī)則物體。但不適用于室外、酷熱環(huán)境或壓力罐以及泡沫物體。
三、P+F超聲波傳感器可以應用于食品加工廠，實現塑料包裝檢測的閉環(huán)控制系統(tǒng)。配合新的技術可在潮濕環(huán)如洗瓶機、噪音環(huán)境、溫度極劇烈變化環(huán)境等進行探測。
四、P+F超聲波傳感器可用于探測液位、探測透明物體和材料，控制張力以及測量距離，主要為包裝、制瓶、物料搬檢驗煤的設備運、塑料加工以及汽車行業(yè)等。P+F超聲波傳感器可用于流程監(jiān)控以提高產品質量、檢測缺陷、確定有無以及其它方面。
使用P+F超聲波傳感器技術防止踩錯踏板
日產汽車開發(fā)出了防止在要踩剎車時誤踩成油門而使車輛加速的功能，使用攝像頭和P+F超聲波傳感器推斷出“要在停車場上停車"的情況時，如果駕駛員踩成了油門就會強制剎車。該技術預定在2～3年內實用化。P+F超聲波傳感器技術就是為了防止在停車場停車時踩錯剎車和油門造成事故而開發(fā)的。
該技術是使用在車輛前后左右各配備一個的四個攝像頭和前保險杠、后保險杠各配備四個共八個P+F超聲波傳感器實現的。4個攝像頭沿用顯示車輛周圍俯瞰影像的“環(huán)視顯示器"的攝像頭。利用攝像頭識別出白線等以推斷汽車位于停車場，利用P+F超聲波傳感器測量出汽車與周圍障礙物之間的距離來確定剎車時機。
防止因踩錯剎車和油門而造成事故分兩步實施。當駕駛員在停車場想停車時，如果踩成了油門，則首先將車速減至蠕滑速度，用儀表板的圖標來提示危險，并響起警報聲。如果駕駛員仍繼續(xù)踩油門而即將撞上墻壁等物體時，則強制剎車。剎車時機為保證汽車在與障礙物相距20～30cm左右時可以停下來。
人們能聽到聲音是由于物體振動產生的，它的頻率在20HZ-20KHZ范圍內，超過20KHZ稱為超聲波，低于20HZ的稱為次聲波。常用的超聲波頻率為幾十KHZ-幾十MHZ。
超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波）。在工業(yè)中應用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現象，并且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測量儀器及裝置，并在通訊，醫(yī)療家電等各方面得到廣泛應用。
P+F超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的P+F超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉變成機械振蕩而產生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的P+F超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。這里僅介紹小型P+F超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為23-25KHZ及40-45KHZ。這類傳感器適用于測距、遙控、防盜等用途。該種有T/R-40-16，T/R-40-12等（其中T表示發(fā)送，R表示接收，40表示頻率為40KHZ，16及12表示其外徑尺寸，以毫米計）。另有一種密封式P+F超聲波傳感器（MA40EI型）。它的特點是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開關用，它的性能較好。超聲波應用有三種基本類型，透射型用于遙控器，防盜報警器、自動門、接近開關等；分離式反射型用于測距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測厚等。
由發(fā)送傳感器(或稱波發(fā)送器)、接收傳感器(或稱波接收器)、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超能量并向空中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產生機械振動，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波信號進行檢測.而實際使用中，用作發(fā)送傳感器的陶瓷振子也可以用作接收器傳感器社的陶瓷振子?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數及探測距離等進行控制。
在工業(yè)應用中，P+F超聲波傳感器具有可靠性高、通用性強的特點。由于P+F超聲波傳感器測量方法在幾乎所有條件下都能可靠地工作，因此即使是最復雜的任務，也可以達到毫米精度的物體檢測或料位測量。
任何其他測量方法都無法成功地應用于如此廣泛的范圍和如此眾多的不同應用。這些裝置非常堅固耐用，即使在的條件下也依然能夠勝任。傳感器表面通過振動進行自我清潔，這并不是傳感器對灰塵不敏感的原因。除了少數例外情況，聲音傳播的物理原理幾乎在任何環(huán)境中都是有效的。
P+F超聲波傳感器所采用的測量方法曾被視為一項非常復雜的技術，只能作為“最后手段"來解決特別棘手的應用。這樣的情況已經一去不返！
P+F超聲波傳感器已在幾乎所有工業(yè)領域證明了其可靠性和耐久性。
