الوضع الحالي لأجهزة استشعار المسافة بالموجات فوق الصوتية

جهاز لإرسال واستقبال الموجات فوق الصوتية ويسمى محول بالموجات فوق الصوتية أو مسبار بالموجات فوق الصوتية. يشكل محول الطاقة ودائرة الإرسال والاستقبال بالموجات فوق الصوتية مستشعرًا بالموجات فوق الصوتية. من أجل تطوير مستشعر بالموجات فوق الصوتية واسع النطاق، من الضروري فهم الخصائص الفيزيائية للموجات فوق الصوتية وتطوير تكنولوجيا محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية. يسمى انتشار الاهتزاز في وسط مرن بالموجة، ويشار إليها بالموجة. موجة ميكانيكية يتراوح تردد اهتزازها بين 16 كيلو هرتز و20 كيلو هرتز يمكن أن تسمعها الأذن البشرية وتسمى موجة صوتية؛ تسمى الموجة الميكانيكية التي يقل ترددها عن 16 كيلو هرتز بالموجة تحت الصوتية؛ تسمى موجة ميكانيكية أعلى من 20 كيلو هرتز مستشعر عمق محول صوتي  وموجة ميكانيكية أعلى من 100 ميجا هرتز هي موجة ميكانيكية. يطلق عليه الموجات فوق الصوتية الخاصة. مثل الموجات الصوتية الأخرى، تعتمد سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية على كثافة الوسط وثابت المرونة للوسط. في ظل الظروف الجوية، تكون سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في نفس الوسط هي نفسها وفي نطاق تردد كبير نسبيًا، تكون سرعة الصوت صلبة.

تنتشر الموجة الصوتية بسبب حركة الجسيم في وسط الانتشار، ويتوافق اتجاه انتشارها مع اتجاه اهتزازها، وبالتالي فإن الموجة الصوتية في الهواء تنتمي إلى الموجة الميكانيكية المرنة للاهتزاز الطولي. في الوسط المثالي، تصف حركة معادلة إزاحة الجسيم انتشار أ يمكن التعبير عن محول قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية في الاتجاه الإيجابي لـ x.

  على سبيل المثال، عندما يكون تردد اهتزاز الموجات فوق الصوتية 30 كيلو هرتز، فإن المعنى المادي هو الموجات فوق الصوتية في الهواء. وعندما ينتشر الوسط، يتم امتصاص الطاقة وفقدانها. عندما تكون مسافة انتشار الموجة الصوتية تساوي 1/a، سيتم تخفيف سعة مستشعر تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية إلى 1/e أضعاف القيمة الأولية. من الواضح أنه كلما زاد تردد الموجة الصوتية، زاد امتصاص الطاقة الصوتية وتخفيفها، وكانت مسافة الانتشار أصغر هي الموجة الصوتية. على العكس من ذلك، كلما انخفض التردد الصوتي، قل توهين امتصاص الطاقة الصوتية، وزادت مسافة انتشار الموجة الصوتية. ولعلها الصورة الحقيقية للموسيقى ذات التردد المنخفض التي يتردد صداها ويدوم لفترة طويلة. خاصية أخرى مهمة للموجات الصوتية هي أنه كلما زاد تردد الموجة، كلما كان الانتشار الاتجاهي للموجات الصوتية (أو الحركة الخطية) أقوى والقدرة على الانعكاس، وتكون الطاقة أكبر بكثير من الموجات الصوتية ذات التردد المنخفض ذات السعة نفسها.