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超聲波是頻率高于20千赫的機械波。在超聲波傳感器中常用的頻率為0.5-5兆赫。這種機械波在材料中能以一定的速度和方向傳播，遇到聲阻抗不同的異質界面，如缺陷或被測物件的底面等就會產生反射。這種反射現象可被用來進行超聲波探傷。
常用的是脈沖回波探傷法探傷時，脈沖振蕩器發出的電壓加在探頭上，用壓電陶瓷或石英晶片制成的探測元件，探頭發出的超聲波脈沖通過聲耦合介質，如機油或水等，進入材料并在其中傳播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途徑返回探頭，探頭又將其轉變為電脈沖，經儀器放大而顯示在示波管的熒光屏上。
根據缺陷反射波在熒光屏上的位置和幅度，即可測定缺陷的位置和大致尺寸。除回波法外，還有用另一探頭在工件另一側接受信號的穿透法。超聲波傳感器利用超聲法檢測材料的物理特性時，還經常利用超聲波在工件中的聲速、衰減和共振等特性。
在工業應用中，超聲波傳感器具有可靠性高、通用性強的特點。由于超聲波傳感器測量方法，在幾乎所有條件下都能可靠地工作，因此即使是復雜的任務，也可以達到毫米精度的物體檢測或料位測量。任何其他測量方法，都無法成功地應用于如此廣泛的范圍，和如此眾多的不同應用。
這些裝置非常堅固耐用，即使在Z惡劣的條件下也依然能夠勝任。傳感器表面通過振動進行自我清潔，這并不是傳感器對灰塵不敏感的唯一原因。除了少數例外情況，聲音傳播的物理原理幾乎在任何環境中都是有效的。
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