超聲波傳感器是利用超聲波的特性，將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。在講述超聲波傳感器之前，我們先來(lái)了解一下超聲波。
    超聲波聲波是一種能在氣體、液體、固體中傳播的機(jī)械波。聲波按頻率可分為次聲波、聲波和超聲波。

    聲波頻率在 16Hz-20kHz 之間，是能為人耳所聞的機(jī)械波；次聲波就是頻率低于16 Hz 的機(jī)械，而波超聲波則是頻率高于20kHz的機(jī)械波 。

    超聲波的特性是頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小。它顯著的特性是方向性好，且在液體、固體中衰減很小，穿透本領(lǐng)大，碰到介質(zhì)分界面會(huì)產(chǎn)生明顯的反射和折射，因而廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)中。
    超聲波的傳播速度：超聲波通常有縱波、橫波及表面波，他們的傳播速度，取決于介質(zhì)的彈性常數(shù)及介質(zhì)密度。氣體和液體中只能傳播縱波，氣體中聲速為344m/s，液體中聲速為900-1900m/s。在固體中，縱波、橫波和表面波三者的聲速成一定關(guān)系。通常可認(rèn)為橫波聲速為縱波聲速的一半，表面波聲速約為橫波聲速的90% 。
    超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減。能量的衰減決定于超聲波的擴(kuò)散、散射和吸收。
    以超聲波作為檢測(cè)手段，能產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器。
    超聲波傳感器性能指標(biāo)超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)，包括；（1）工作頻率。
    工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量，靈敏度也。
    （2）工作溫度。
    由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別時(shí)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(zhǎng)時(shí)間地工作而不產(chǎn)生失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。
    （3）靈敏度。
    主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。
    工作原理超聲波傳感器按其工作原理，可分為壓電式、磁致伸縮式 、電磁式等，以壓電式為常用。
    壓電式超聲波傳感器壓電式超聲波傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)原理來(lái)工作的。常用的敏感元件材料主要有壓電晶體和壓電陶瓷。
    根據(jù)正、逆壓電效應(yīng)的不同，壓電式超聲波傳感器分為發(fā)生器（發(fā)射探頭）和接收器（接收探頭） 兩種，根據(jù)結(jié)構(gòu)和使用的波型不同可分為直探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、可變角探頭、雙晶探頭、聚焦探頭、水浸探頭、噴水探頭和專用探頭等。
    壓電式超聲波發(fā)生器是利用逆壓電效應(yīng)的原理將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生超聲波。當(dāng)外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振，此時(shí)產(chǎn)生的超聲波強(qiáng)。壓電式超聲波傳感器可以產(chǎn)生幾十千赫到幾十兆赫的高頻超聲波，其聲強(qiáng)可達(dá)幾十瓦每平方厘米。
    壓電式超聲波接收器是利用正壓電效應(yīng)原理進(jìn)行工作的。當(dāng)超聲波作用到壓電晶片上引起晶片伸縮，在晶片的兩個(gè)表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，這些電荷被轉(zhuǎn)換成電壓經(jīng)放大后送到測(cè)量電路，記錄或顯示出來(lái)。壓電式超聲波接收器的結(jié)構(gòu)和超聲波發(fā)生器基本相同，有時(shí)就用同一個(gè)傳感器兼作發(fā)生器和接收器兩種用途。

    典型的壓電式超聲波傳感器結(jié)構(gòu)主要由壓電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護(hù)膜等組成。壓電晶片多為圓板形，超聲波頻率與其厚度成反比。壓電晶片的兩面鍍有銀層，作為導(dǎo)電的極板，底面接地，上面接至引出線。為了避免傳感器與被測(cè)件直接接觸而磨損壓電晶片，在壓電晶片下粘合一層保護(hù)膜。吸收塊的作用是降低壓電晶片的機(jī)械品質(zhì)，吸收超聲波的能量。

    磁致伸縮式超聲波傳感器鐵磁材料在交變的磁場(chǎng)中沿著磁場(chǎng)方向產(chǎn)生伸縮的現(xiàn)象，稱為磁致伸縮效應(yīng)。磁致伸縮效應(yīng)的強(qiáng)弱即材料伸長(zhǎng)縮短的程度，因鐵磁材料的不同而各異。鎳的磁致伸縮效應(yīng)，如果先加一定的直流磁場(chǎng)，再通以交變電流時(shí)，它可以工作在特性的區(qū)域。磁致伸縮傳感器的材料除鎳外，還有鐵鉆釩合金和含鋅、鎳的鐵氧體。它們的工作效率范圍較窄，僅在幾萬(wàn)赫茲以內(nèi)，但功率可達(dá)十萬(wàn)瓦，聲強(qiáng)可達(dá)幾千瓦每平方毫米，且能耐較高的溫度。
    磁致伸縮式超聲波發(fā)生器是把鐵磁材料置于交變磁場(chǎng)中，使它產(chǎn)生機(jī)械尺寸的交替變化即機(jī)械振動(dòng)，從而產(chǎn)生出超聲波。它是用幾個(gè)厚為0.1-0.4mm的鎳片疊加而成，片間絕緣以減少渦流損失，其結(jié)構(gòu)形狀有矩形、窗形等。
    磁致伸縮式超聲波接收器的原理是：當(dāng)超聲波作用在磁致伸縮材料上時(shí)，引起材料伸縮，從而導(dǎo)致它的內(nèi)部磁場(chǎng)（ 即導(dǎo)磁特性）發(fā)生改變。根據(jù)電磁感應(yīng)，磁致伸縮材料上所繞的線圈里便獲得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。此電勢(shì)送到測(cè)量電路，記錄或顯示出來(lái)。