專業：電子資訊工程
目錄發射器發出的超聲波以速度υ在空氣中傳播，在到達被測物體時被反射返回，由接收器接收，其往返時間為t，由s=vt/2即可算出被測物體的距離。由於超聲波也是一種聲波，其聲速v與溫度有關，下表列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。
如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。
波速確定後，只要測得超聲波往返的時間t，即可求得距離s。
由於是利用超聲波測距，要測量預期的距離，所以產生的超聲波要有一定的功率和合理的頻率才能達到預定的傳播距離，同時這是得到足夠的回波功率的必要條件，只有的得到足夠的回波頻率，接收電路才能檢測到回波訊號和防止外界干擾訊號的干擾。經分析和大量實驗表明，頻率為40khz左右的超聲波在空氣中傳播效果最佳，同時為了處理方便，發射的超聲波被調製成具有一定間隔的調製脈衝波訊號。
1：若設計一通用的超聲波探頭，即可作為發射，也可作為接受探頭
2：電路設計與理論計算
3：實驗室進行標定和測試
（一）：超聲波發生器的分類：用電氣方式產生超聲波，用機械方式產生超聲波。
電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發生器。
壓電式超聲波發生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。它有兩個壓電晶元和乙個共振板。當它的兩極外加脈衝訊號，其頻率等於壓電晶元的因有振盪頻率時，壓電晶元將會發生共振，並帶動共振板振動，便產生超聲波。
反之，如果兩極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶元振動，將機械能轉換為電訊號，這時它就成為超聲波接收器
（二）：原理：超聲波感測器有傳送器和接收器，但乙個超聲波感測器也可以具有傳送和接收聲波的雙重作用，即為可逆元件。
一般市場上**的超聲波感測器有專用型和兼用型，專用型就是傳送器用作傳送超聲波，接收器用作接收超聲波；兼用型就是傳送器和接收器為一體感測器，即可傳送超聲波，又可接收超聲波。超聲波感測器的諧振頻率(中心頻率)有23khz、40khz、75khz、200khz、400khz等。諧振頻率變高，則檢測距離變短，分解力也變高。
超聲波感測器是利用壓電效應的原理，壓電效應有逆效應和順效應，超聲波感測器是可逆元件，超聲波傳送器就是利用壓電逆效應的原理。
（三）檢測方法：1.穿透式超聲波感測器的檢測方式；2.限定距離式超聲波感測器的檢測方式；3.限定範圍式超聲波感測器的檢測方式；4.回歸反射式超聲波感測器的檢測方式；
5.光電感測器所用的反射板同樣也可以用於這種超聲波感測器。
（四）超聲波感測器系統的構成：
超聲波感測器系統由傳送器、接收器、控制部分以及電源部分構成，如圖2-3所示。傳送器常使用直徑為15mm左右的陶瓷振子，將陶瓷振子的電振動能量轉換為超聲波能量並向空中輻射。除穿透式超聲波感測器外，用作傳送器的陶瓷振子也可用作接收器，陶瓷振子接收到超聲波產生機械振動，將其變換為電能量，作為感測器接收器的輸出，從而對傳送的超聲波進行檢測。
控制部分判斷接收器的接收訊號的大小或有無，作為超聲波感測器的控制輸出。對於限定範圍式超聲波感測器，通過控制距離調整迴路的門訊號，可以接收到任意距離的反射波。另外，通過改變門訊號的時間或寬度，可以自由改變檢測物體的範圍。
超聲波感測器的電源常由外部供電，一般為直流電壓，電壓範圍為12~24v±10%，再經感測器內部穩壓電路變為穩定電壓供感測器工作。超聲波感測器系統中關鍵電路是超聲波發生電路和超聲波接收電路。可有多種方法產生超聲波，其中最簡單的方法就是用直接敲擊超聲波振子，但這種方法需要人參與，因而是不能持久的，也是不可取的。
為此，在實際中採用電路的方法產生超聲波，根據使用目的的不同來選用其振盪電路。
（一）：微控制器系統及顯示電路
微控制器採用at89c51的相容系列89c51rc。採用12mhz高精度的晶振，以獲得較穩定時鐘頻率，減小測量誤差。微控制器用p1.
0埠輸出超聲波換能器所需的40khz的方波訊號，利用外中斷0口監測超聲波接收電路輸出的返回訊號。顯示電路採用簡單實用的4位共陽led數碼管，段碼用74ls244驅動，位碼用pnp三極體8550驅動。微控制器系統及顯示電路如圖所示:
超聲波發射電路原理圖如圖2-2所示。發射電路主要由反相器74ls04和超聲波發射換能器t構成，微控制器p1.0埠輸出的40khz的方波訊號一路經一級反向器後送到超聲波換能器的乙個電極，另一路經兩級反向器後送到超聲波換能器的另乙個電極，用這種推換形式將方波訊號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發射強度。
輸出端採兩個反向器併聯，用以提高驅動能力。上位電阻r1o、r11一方面可以提高反向器74ls04輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振盪時間。
壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器內部有兩個壓電晶元和乙個換能板。當它的兩極外加脈衝訊號，其頻率等於壓電晶元的固有振盪頻率時，壓電晶元會發生共振，並帶動共振板振動產生超聲波，這時它就是乙個超聲波發生器；反之，如果兩電極問未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶元作振動，將機械能轉換為電訊號，這時它就成為超聲波接收換能器。
超聲波發射換能器與接收換能器在結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標誌。
（三）：超聲波接收電路
積體電路cx20106a是一款紅外線檢波接收的專用晶元，常用於電視機紅外遙控接收器。考慮到紅外遙控常用的載波頻率38khz與測距的超聲波頻率40khz較為接近，可以利用它製作超聲波檢測接收電路(如圖2-3)。實驗證明用cx20106a接收超聲波(無訊號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。
適當更改電容c4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。
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