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超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播,其傳播速度不同。超聲波傳感器在介質(zhì)中傳播的波形取決于介質(zhì),可以承受何種作用力,以及如何對介質(zhì)激發(fā)超聲波。通常有三種:
1、縱波波型:當(dāng)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動方向與超聲波的傳播方向一致時,此超聲波為縱波波型。任何固體介質(zhì)當(dāng)其體積發(fā)生交替變化時均能產(chǎn)生縱波。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。
2、橫波波型:當(dāng)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動方向與超聲波的傳播方向相垂直時,此種超聲波為橫波波型。由于固體介質(zhì)除了能承受體積變形外,還能承受切變變形,因此當(dāng)其有剪切力交替作用于固體介質(zhì)時,均能產(chǎn)生橫波。橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。
3、表面波波型:是沿著固體表面?zhèn)鞑サ木哂锌v波和橫波的雙重性質(zhì)的波。表面波可以看成是由平行于表面的縱波和垂直于表面的橫波合成,振動質(zhì)點(diǎn)的軌跡為一橢圓,在距表面1/4波長深處振幅強(qiáng),隨著深度的增加很快衰減,實(shí)際上離表面一個波長以上的地方,質(zhì)點(diǎn)振動的振幅已經(jīng)很微弱了。
另外超聲波也有折射和反射現(xiàn)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(yuǎn)。利用超聲波的特性,可做成各種超聲波傳感器,配上不同的電路,制成各種超聲測量儀器及裝置,可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等,并在通訊、醫(yī)療、家電、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各方面得到廣泛應(yīng)用。
能夠產(chǎn)生超聲波的方法很多,常用的有壓電效應(yīng)方法、磁致伸縮效應(yīng)方法、靜電效應(yīng)方法和電磁效應(yīng)方法等。當(dāng)給壓電晶片兩極施加一個電壓短脈沖時, 由于逆壓電效應(yīng),晶片將發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生彈性振蕩。振蕩頻率與晶片的厚度和聲速有關(guān),適當(dāng)選擇晶片的厚度可以得到超聲頻率范圍的彈性波,即超聲波。
此種方式發(fā)射出的是一個超聲波波包,通常稱為脈沖波。超聲波測距超聲波測距系統(tǒng)主要應(yīng)用于汽車的倒車?yán)走_(dá)、及機(jī)器人自動避障行走、建筑施工工地以及一些工業(yè)現(xiàn)場,例如:液位、井深、管道長度等場合。