超聲波傳感器是一種利用超聲波的特性進行測量的傳感器，它能夠將超聲波信號轉換成其他能量信號（通常是電信號）。是通過發射超聲波并接收其反射回波來工作，利用聲波介質對被檢測物進行非接觸式無磨損的檢測。當超聲波碰到雜質或分界面時，會產生顯著反射形成反射回波，而碰到活動物體則能產生多普勒效應。

　　超聲波傳感器的核心功能模塊：

　　1、超聲波換能器（探頭）：能量轉換的核心

　　超聲波換能器是傳感器最核心的部件，負責將電信號轉化為超聲波機械波（發射）和將反射回的超聲波機械波轉化為電信號（接收），其性能直接影響傳感器的靈敏度和檢測范圍。

　　核心原理：基于“壓電效應”——某些晶體（如壓電陶瓷、石英晶體）在施加交變電壓時會產生周期性機械振動（發射超聲波）；反之，當受到超聲波機械振動沖擊時，會產生交變電壓（接收信號）。

　　常見類型：

　　收發一體式：單個換能器同時負責發射和接收，結構緊湊、成本低，適合近距離檢測（如倒車雷達、液位檢測）；

　　收發分體式：兩個獨立換能器（一個發射、一個接收），信號干擾小、檢測距離更遠（如長距安防雷達、工業物料定位）。

　　關鍵參數：

　　工作頻率（20kHz~10MHz）：頻率越高，檢測精度越高但穿透性越弱（如醫療超聲探頭頻率多為2~10MHz，用于精細成像；工業檢測多為20~400kHz，兼顧距離與穿透性）；

　　輻射角度（5°~60°）：角度越小，超聲波能量越集中，檢測距離越遠（如長距傳感器角度<10°）；角度越大，檢測范圍越廣，適合近距離大面積檢測（如物體有無判斷）。

　　2、驅動電路：為換能器提供“發射動力”

　　驅動電路的作用是生成高頻交變電壓信號，驅動超聲波換能器振動以發射超聲波，其輸出功率和頻率穩定性直接影響發射信號的強度和一致性。

　　核心組件：

　　振蕩器：產生與換能器工作頻率匹配的高頻方波（如40kHz方波），確保換能器在共振頻率下工作（效率z高）；

　　功率放大器：將振蕩器輸出的弱信號放大（通常為幾V到幾十V），為換能器提供足夠能量，以提升超聲波的發射距離；

　　開關管（如MOS管）：控制驅動信號的通斷，實現“間歇性發射”（避免持續工作導致換能器過熱，同時減少功耗）。

　　3、信號處理電路：將“微弱信號”轉化為“可用數據”

　　接收換能器輸出的電信號非常微弱（通常為mV級），且夾雜環境噪聲（如電磁干擾、機械振動），信號處理電路需對其進行放大、濾波、整形，最終轉化為控制器可識別的數字/模擬信號。

　　核心組件與功能：

　　前置放大器：將接收換能器輸出的微弱電壓信號放大到幾V級別，為后續處理提供足夠幅度；

　　濾波電路（如帶通濾波器）：濾除與工作頻率無關的噪聲（如工頻干擾50Hz、電磁輻射噪聲），保留有效超聲波信號；

　　比較器：將濾波后的模擬信號轉化為數字脈沖信號（如當信號幅度超過閾值時輸出高電平，否則為低電平），用于判斷“是否接收到反射信號”；

　　時間測量單元（如定時器）：計算“發射信號時刻”與“接收信號時刻”的時間差（Δt），再結合超聲波傳播速度（v，如空氣中約340m/s），通過公式“距離=v×Δt/2”（往返距離需除以2）計算出傳感器與被測物體的距離。