許多儀器及控製應用中均涉及到超聲波傳感器，尤其是在流量測量，材料無損檢驗及物位測量等方麵，超聲波傳感器的應用尤為普遍。
廣(guang)義(yi)上(shang)來(lai)講(jiang)，所(suo)謂(wei)超(chao)聲(sheng)波(bo)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)指(zhi)那(na)些(xie)能(neng)夠(gou)將(jiang)電(dian)脈(mai)衝(chong)轉(zhuan)化(hua)為(wei)機(ji)械(xie)能(neng)量(liang)，發(fa)出(chu)頻(pin)率(lv)在(zai)聽(ting)力(li)範(fan)圍(wei)以(yi)外(wai)的(de)聲(sheng)波(bo)的(de)設(she)備(bei)。根(gen)據(ju)不(bu)同(tong)的(de)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)情(qing)況(kuang)，產(chan)生(sheng)的(de)頻(pin)率(lv)也(ye)不(bu)同(tong)。如(ru)應(ying)用(yong)在(zai)流(liu)量(liang)測(ce)量(liang)領(ling)域(yu)，聲(sheng)波(bo)的(de)頻(pin)率(lv)在(zai)30kHz到5MHz之間；應用在物位測量領域時，聲波的頻率會低一些，一般在30kHz到200kHz之間；而當應用在檢測裝置（如測厚儀和探傷檢驗裝置）上時，聲波的頻率範圍很廣，但是總體上來說要比用於其它領域時高很多。
一yi套tao傳chuan播bo時shi間jian式shi超chao聲sheng流liu量liang計ji係xi統tong采cai用yong一yi對dui傳chuan感gan器qi來lai測ce量liang管guan道dao中zhong的de液ye體ti流liu量liang。每mei個ge傳chuan感gan器qi內nei部bu裝zhuang有you一yi個ge壓ya電dian晶jing體ti，可ke以yi將jiang電dian脈mai衝chong轉zhuan化hua為wei在zai超chao聲sheng波bo頻pin率lv範fan圍wei內nei的de機ji械xie聲sheng脈mai衝chong，反fan之zhi亦yi然ran。在zai測ce量liang過guo程cheng中zhong，傳chuan感gan器qi交jiao替ti的de作zuo為wei發fa射she器qi或huo接jie收shou器qi工gong作zuo。這zhe對dui傳chuan感gan器qi分fen別bie被bei安an裝zhuang在zai管guan道dao的de上shang下xia遊you位wei置zhi，使shi得de某mou一yi時shi刻ke上shang遊you傳chuan感gan器qi產chan生sheng的de聲sheng脈mai衝chong向xiang流liu體ti下xia遊you傳chuan播bo，並bing最zui終zhong被bei下xia遊you的de傳chuan感gan器qi接jie收shou；而在另一時刻，聲脈衝則朝相反方向，即流體的上遊方向傳播。上下遊聲脈衝傳輸時間的差別是與被測介質的流量成正比關係的。
基本設計
一個典型的用
於(yu)傳(chuan)播(bo)時(shi)間(jian)式(shi)超(chao)聲(sheng)流(liu)量(liang)計(ji)係(xi)統(tong)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)由(you)壓(ya)電(dian)晶(jing)體(ti)，外(wai)殼(ke)，阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)器(qi)及(ji)灌(guan)封(feng)劑(ji)組(zu)成(cheng)。這(zhe)樣(yang)設(she)計(ji)的(de)目(mu)的(de)是(shi)最(zui)大(da)化(hua)傳(chuan)入(ru)流(liu)體(ti)介(jie)質(zhi)中(zhong)的(de)能(neng)量(liang)，消(xiao)除(chu)回(hui)波(bo)影(ying)響(xiang)，並(bing)衰(shuai)減(jian)結(jie)構(gou)中(zhong)的(de)鈴(ling)振(zhen)現(xian)象(xiang)，擴(kuo)大(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)帶(dai)寬(kuan)。
為了將壓電晶體信號的衰減定量化，M.G. Silk在其所著的書中對超聲波傳播作了以下假設：
W = (ZD-ZA)(ZD-ZB)/(ZD+ZA)(ZD+ZB)
其中：
W=一次震蕩周期中的能量損耗的平方根或第n個周波和第n-1個周波振幅的比值
ZD=壓電晶體的聲阻抗
ZA=阻抗匹配器的聲阻抗
ZB=灌封劑的聲阻抗
根據實際選用的材料，傳感器可以設計成下列三種不同的類別之一：
■窄帶寬：壓電晶體的鈴振時間很長，W>0.75
■中等帶寬：根據Silk的觀點，這一類型的傳感器可以使用在大多數的超聲波應用場合中，W～0.3
■寬帶寬：短信號，W<0.1
傳感器應用範圍：
■對於典型的火炬氣應用（見圖），所有的傳感器都可以使用1/4波匹配技術，並采用金屬外殼對傳感器元件進行密封以避免腐蝕性介質對其的損壞。因為聲波的發射窗相對於100kHz聲波的波長來說很小，所以這一環節的能量損耗也非常小。
■對於典型的液體流量測量應用，壓電晶體直接被粘結在金屬外殼上，而不需要任何的阻抗匹配層。 |
