超声探头阻抗分析

我们知道正常人耳能听到的声音频率范围是20Hz~20KHz，超声就是声音频率在20KHz以上的声信号，避开人耳能听到的声音信号，这样超声就具有强的抗干扰能力。

最简便的方法就是使用网络分析仪，两port一对上，直接给出|Z|~f的变化曲线图。但网络分析仪太贵了。除非大公司否则一般用不起，还有一种方法就是自己搭电路。用正弦波信号发生器測量。以下是搭电路的測量方法（这部分方法和測试数据来自网络文章《超声波測距模块》）。

Ultrasound

实验最后给出了两个不同频率下的匹配阻抗值。非线性电路中也满足欧姆定律。仅仅只是电阻被阻抗取代了。“欧姆定律真是一项伟大的发现”，

超声的发送距离与超声探头发射的能量P=U^2/|Z|有关，远距离超声測距当然希望的是：同样电压下。超声探头的阻抗越小越好。

因为40KHz和51KHz是阻抗匹配谐振的两个低峰值点，相应阻抗的极小值点，这也是为什么市面上的超声一般都用40KHz（40KHz谐振点处变化相对于51KHz平缓。当驱动频率存在小的偏差时对输出的影响要比50KHz小）。从上面的曲线能够看出，假设电路同意，使用51KHz进行超声測距距离会更远（阻抗比40KHz更低）。

因为超声发射头生产的原因，谐振频率不一定精确的是40KHz和51KHz，难免会存在误差。最好的方法是使用矢量网络分析仪直接測|Z|_{f曲线，使用|Z|}f測出的谐振频率。

我购买的收发一体超声探头的谐振频率点时51.48KHz。

測试后的修正

通过设计电路測试发现，在51KHz附近，超声接收到的信号非常弱，反而40KHz附近接收到的信号非常强。

上面的分析结论——假设电路同意，使用51KHz进行超声測距距离会更远——存在问题。

做例如以下修正：

因为51KHz仅仅考虑的是发射端的增益。而总体的信号接收情况是Gain(总)=Gain(发射)*Gain(接收)。当发射增益在51KHz时非常大。而51KHz时接收端的增益却非常小。最后造成了Gain(总)非常小。通过发射（使用信号发生器手动调节频率来測试）接收联合測试。最后还是在40KHz（为了获得更详细的超声探头39.5KHz）时间Gain(总)最大。