وضعیت فعلی سنسورهای فاصله اولتراسونیک

دستگاهی برای ارسال و دریافت امواج مافوق صوت که به آن an مبدل اولتراسونیک یا پروب اولتراسونیک؛ مدار مبدل و فرستنده و گیرنده اولتراسونیک یک حسگر اولتراسونیک را تشکیل می دهد. به منظور توسعه یک حسگر اولتراسونیک با برد بزرگ، درک خواص فیزیکی امواج اولتراسونیک و توسعه فناوری مبدل اولتراسونیک ضروری است. انتشار ارتعاش در محیط الاستیک را موج می نامند که به آن موج می گویند. موج مکانیکی با فرکانس ارتعاش بین 16 کیلوهرتز و 20 کیلوهرتز می تواند توسط گوش انسان شنیده شود و به آن موج صوتی می گویند. موج مکانیکی زیر 16 کیلوهرتز را موج فروصوت می نامند. یک موج مکانیکی بالاتر از 20 کیلوهرتز نامیده می شود سنسور عمق سنسور مبدل صوتی  و موج مکانیکی بالاتر از 100 مگاهرتز یک موج مکانیکی است. به آن موج اولتراسونیک ویژه می گویند. مانند سایر امواج صوتی، سرعت انتشار امواج اولتراسونیک به چگالی محیط و ثابت الاستیک محیط بستگی دارد. در شرایط جوی، سرعت انتشار امواج مافوق صوت در یک محیط یکسان است و در یک محدوده فرکانسی نسبتاً زیاد، سرعت صوت جامد است.

موج صوتی به دلیل حرکت ذره در محیط انتشار منتشر می شود و جهت انتشار آن با جهت ارتعاش آن سازگار است، بنابراین موج صوتی در هوا متعلق به موج مکانیکی الاستیک ارتعاش طولی است. در محیط ایده آل، معادله حرکت یک جابجایی ذره، انتشار یک ذره را توصیف می کند. مبدل اندازه گیری فاصله اولتراسونیک در جهت مثبت x را می توان بیان کرد.

  به عنوان مثال، هنگامی که فرکانس ارتعاش موج اولتراسونیک 30 کیلوهرتز است، معنای فیزیکی امواج اولتراسونیک در هوا است. هنگامی که رسانه منتشر می شود، انرژی جذب شده و از دست می رود. هنگامی که فاصله انتشار موج صوتی برابر با 1/a باشد، دامنه سنسور محدوده یاب اولتراسونیک به 1/e برابر مقدار اولیه کاهش می یابد. بدیهی است که هرچه فرکانس موج صوتی بیشتر باشد، جذب و تضعیف انرژی صوتی بیشتر است و فاصله انتشار کمتر، موج صوتی است. برعکس، هرچه فرکانس صوتی کمتر باشد، کاهش جذب انرژی صوتی کمتر است و فاصله انتشار موج صوتی بیشتر است. شاید این تصویر واقعی از موسیقی فرکانس پایین است که طنین انداز می شود و برای مدت طولانی دوام می آورد. یکی دیگر از ویژگی های مهم امواج صوتی این است که هر چه فرکانس موج بیشتر باشد، انتشار جهتی امواج صوتی (یا حرکت خطی) و توانایی بازتاب قوی تر است و انرژی بسیار بزرگتر از امواج صوتی با فرکانس پایین با همان دامنه است.