AT89S52单片机高精度超声波测距仪的设计(4)
2.1.2 超声波基本特性
(1)超声波射束方向集中
它的发射频率f极高，不容易发生衍射现象。以发射传感器轴线为中心至超声波边缘的圆锥部分称波束角θ，θ通常很小，因而方向集中，能量集中，这样超声波能够传播更远。
图2.1 超声波波束角示意图
(2)反射性和折射性
超声波在传输过程中若遇到两不同特性阻抗的介质分界平面，且特性阻抗差值足够（0.1%）、界面足够长（大于λ），那么一部分波在第一介质中反射，另一部分穿过相邻介质偏转一个角度后继续传播，即为折射。
(3)超声波的衰减
由于超声波传播过程中声能与其他形式能量的转化散失以及介质晶体内部结构等因素，声压与声强会以指数函数形式减小。
(4)超声波的空化作用
它液体中传输时，因为液体存在杂质以及微小气泡，而超声波本质是质元振荡，所以气泡空隙时而拉伸时而压缩，当拉伸到了一定限度后，气泡无法承受则被拉伸断裂形成空穴，空穴承受巨大压缩甚至至分解，这个过程发出巨大能量和高温，有发光、放电现象，称之为超声波空化作用。
2．2 超声传感器简介
超声波传感器（换能器）即实现发射和接收超声波、使得声能与电能互相转化的装置。它主要分为两大类：一是机械方式，二是电气方式，在超声波测距系统中以电气方式中的压电型最为常用。
2.2.1压电效应和压电材料
超声波传感器是依靠压电效应原理使两种不同能量进行相互转化的。压电效应即特定物质被外力施加后形状改变，从而表面上迸发电子，倘若外力消失以后电子也随之隐没。压电效应有两种正、逆两种表现形式，正压电效应是指作用力方向改变导致电荷极性改变，逆压电效应指压电材料的两个电极不断受到交变电场作用后会发生收缩形变。可以产生压电效应的材料叫压电材料，比如压电陶瓷及石英晶体。
富含压电材料的传感器接受到电场刺激后，逆压电效应作用下晶片振动，超声波发射出去，这就是超声波发生器的基本原理；而超声波接收装置即为它感应到被目标反射后的回波信号之后，依据正压电效应电荷极性发生变化，无数个定向流动的微小极性电荷就产生了电流。传感器选取双压电晶片，成本低廉，气体与液体介质均适用。