超声波的定义
声波是一种能在气体、液体、固体中传播的机械波。声波按频率可分为次声波、声波和超声波。声波频率在 16Hz-20kHz 之间，是人耳能听见的机械波;次声波就是频率低于16 Hz 的机械，超声波则是频率高于20kHz的机械波 。
超声波的特性是频率高、波长短、绕射现象小。它最显着的特性是方向性好，且在液体、固体中衰减很小，穿透能力强，碰到介质分界面会产生明显的反射和折射，因而广泛应用于工业检测中。
超声波的传播速度
超声波通常有纵波、横波及表面波，他们的传播速度，取决于介质的弹性常数及介质密度。气体和液体中只能传播纵波，气体中声速为344m/s，液体中声速为900-1900m/s。在固体中，纵波、横波和表面波三者的声速成一定关系。通常可认为横波声速为纵波声速的一半，表面波声速约为横波声速的90% 。超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减。能量的衰减决定于超声波的扩散、散射和吸收。以超声波作为检测手段，能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。
超声波传感器
性能指标
超声波传感器的主要性能指标，包括;
(1)工作频率。
工作频率就是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，特别时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产生失效。医疗用的超声探头的温度比较高，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。
超声波传感器工作原理
超声波传感器按其工作原理，可分为压电式、磁致伸缩式 、电磁式等，以压电式最为常用。
压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波，其声强可达几十瓦每平方厘米。
典型的压电式超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块(阻尼块)、保护膜等组成。压电晶片多为圆板形，超声波频率与其厚度成反比。压电晶片的两面镀有银层，作为导电的极板，底面接地，上面接至引出线。为了避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片，在压电晶片下粘合一层保护膜。吸收块的作用是降低压电晶片的机械品质，吸收超声波的能量。
选型要求
在选择和安装超声波传感器的时候都需要明确一些基本条件，不然就会直接影响着传感器的测量结果。
1.探测范围和大小
要探测的物体大小直接影响超声波传感器的检测范围。传感器必须探测到一定声级的声音才可以进行输出。大部件能将大部分声音反射给超声波传感器，这样传感器即可在其最远传感距离检测到此部件。小部件仅能反射较少的一部分声音，从而导致传感范围大大缩小。
2.探测物体的特点
使用超声波传感器探测的理想物体应体积大、平整且密度高，并与变换器正面垂直。最难探测的物体是体积小且由吸音材料制成的物体，或者与变换器呈一定角度的物体。
如果液面静止且与传感器表面垂直，探测液体就很容易。如果液面波动大，可延长传感器的响应时间，从而取波动变化的平均值以获得更一致的读数。但是，超声波传感器还不能精确探测表面为泡沫状的液体，因为泡沫会使声音的传播方向发生偏离。
这时可以使用超声波传感器的反向超声模式，探测形状不规则的物体。在反向超声模式下，超声波传感器会探测一个平整背景，如墙壁。任何穿过传感器和墙壁之间的物体都会阻断声波。传感器即可通过探测该干扰来识别物体的存在。
3.温度导致的衰减
传感器还设计了温度补偿功能，以调节环境温度的缓慢改变。但是，它不能调节温度梯度或环境温度的快速变化。
4.周围是否有振动
无论是传感器本身的振动还是附近机器的振动，都可能会影响测量距离时的精确度。可在安装传感器时用橡胶防振装置来减少这类问题。有时也可使用导轨来消除或降低部件振动。
5.环境导致的误测
超声波传感器对被检测物进行非接触式无磨损的检测，它对透明或有色物体，金属或非金属物体，固体、液体、粉状物质均能检测。其检测性能几乎不受任何环境条件的影响，包括烟尘环境和雨天。
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