Ultrasoniese Afstandmeting Transducer

Die frekwensie van die ultrasoniese transducer sensor wat mense kan hoor is 20Hz~2KHz, dit wil sê hoorbare klankgolwe. Die klank buite hierdie frekwensiereeks, die ultraklank onder 20Hz word lae-frekwensie klankgolf genoem, en die ultraklank bo 20KHz word genoem u ltraklank ( u ltraklank) , die frekwensie van algemeen praat .Die reeks is 10Hz-8KHz. u ltraklank het goeie rigting, sterk penetrasievermoë, maklik om gekonsentreerde klankenergie te verkry, en dit het 'n lang afstand in water. Ultraklank word genoem omdat die onderste frekwensielimiet ongeveer gelyk is aan die boonste limiet van menslike gehoor.

 

Ultrasoniese frekwensie verspreiding

Ultrasoniese golwe kan teen verskillende snelhede in gasse, vloeistowwe en vaste stowwe voortplant. Die golfvorm van ultrasoniese golwe wat in 'n medium voortplant, hang af van watter soort krag die medium kan weerstaan ​​en hoe om ultrasoniese golwe op die medium op te wek.

 

Gewoonlik is daar drie tipes:

(1) Longitudinale golftipe

Wanneer die deeltjie-vibrasierigting in die medium ooreenstem met die voortplantingsrigting van die ultrasoniese golf, is die ultrasoniese golf in die longitudinale golfmodus. Enige soliede medium kan longitudinale golwe produseer wanneer sy volume afwisselend verander. Die toepassing in die industrie neem hoofsaaklik longitudinale ossillasie aan.

(2) Skuifgolftipe

Wanneer die vibrasierigting van die deeltjie in die medium loodreg op die voortplantingsrigting van die ultrasoniese golf is, is die ultrasoniese golf 'n transversale golf. Aangesien die vaste medium skuifvervorming benewens volumevervorming kan dra, kan skuifgolwe gegenereer word wanneer die skuifkrag afwisselend op die vaste medium inwerk. Skuifgolwe kan slegs in die vaste media voortplant.

 

(3) Oppervlakgolfmodus

Dit is 'n golf met dubbele eienskappe van longitudinale golf en transversale golf wat langs die vaste oppervlak voortplant. Die oppervlakgolf kan beskou word as 'n sintese van longitudinale golwe parallel met die oppervlak en transversale golwe loodreg op die oppervlak. Die trajek van die vibrerende deeltjie is 'n ellips. Die amplitude is die sterkste op die diepte van 1/4 golflengte vanaf die oppervlak, en dit verswak vinnig namate die diepte toeneem . Trouens, die amplitude van deeltjievibrasie is reeds baie swak wanneer dit meer as een golflengte van die oppervlak af is. Daarbenewens het ultrasoniese golwe ook brekings- en refleksie-verskynsels, en hulle word verswak tydens voortplanting. Ultraklank propageer in die lug, en die frekwensie daarvan is laag, gewoonlik tientalle KHz, terwyl dit solied en vloeibaar  is  , kan die frekwensie hoër wees. Dit verswak vinniger in die lug, maar plant voort in vloeistowwe en vaste stowwe met minder verswakking en verder voortplanting.

Die gebruik van die kenmerke van ultraklankreekssensor , dit kan gemaak word in verskeie ultrasoniese sensors, tesame met verskillende stroombane, en gemaak word in verskeie ultrasoniese meetinstrumente en toestelle, wat gebruik kan word vir afstandmeting, spoedmeting, skoonmaak, sweis, gruis, sterilisasie, ens., en in kommunikasie, mediese , huishoudelike toestelle, militêre, nywerheid, landbou en ander aspekte word wyd gebruik. Daar is baie metodes wat ultrasoniese golwe kan genereer, wat algemeen gebruik word is piëzo-elektriese effek metode, magnetostriktiewe effek metode, elektrostatiese effek metode en elektromagnetiese effek metode. Wanneer 'n kort spanningspuls op die twee pole van die piëso-elektriese wafer toegepas word, as gevolg van die omgekeerde piëso-elektriese effek, sal die piëzokeramiese wafer elastiese vervorming ondergaan en elastiese ossillasie produseer. Die ossillasiefrekwensie hou verband met die dikte van die wafer en die spoed van klank. Behoorlike keuse van die dikte van die wafer kan elastiese golwe in die ultrasoniese frekwensiereeks verkry, dit wil sê ultrasoniese golwe. Wat op hierdie manier uitgestraal word, is 'n ultrasoniese golfpakkie, gewoonlik 'n pulsgolf genoem.

 

Ultrasoniese  omskakelaar

Ultrasoniese afstandmeetsensor word hoofsaaklik gebruik in motor - omkeerradar, robot outomatiese hindernisvermyding, konstruksieterrein en sommige industriële terreine soos  vloeistofvlak, putdiepte, pyplynlengte en ander geleenthede. Daar is tans twee algemeen gebruikte ultrasoniese afstand- omskakelaars,  een is 'n ultrasoniese afstand- omskakelaar  gebaseer op 'n enkelskyfie of ingebedde toestel, en die ander is 'n ultrasoniese reeks-omskakelingstelsel gebaseer op 'n CPLD (Complex Programmable Logic Device). Verskeie skemas is in die eksperiment gebruik, deur  gebruik te maak van ingebedde toestelprogrammering om 'n vierkantgolf met 'n frekwensie van 40KHz-  omskakelaar te genereer  wat deur die uitsaai-aandrywingkring versterk is om die uitsaaipunt van die ultrasoniese sensor te laat ossilleer en ultrasoniese golwe uit te straal. Die ultrasoniese golf word teruggekaats deur die sender, ontvang deur die sensor-ontvangende kant, en dan versterk en gevorm deur die ontvangskring. Die ultrasoniese reeksomskakelaar  met  ingeboude mikrokern teken die tyd van ultrasoniese emissie en die tyd van gereflekteerde golf deur ingebedde toerusting aan. Wanneer die gereflekteerde golf van die ultrasoniese golf ontvang word, vind 'n sprong plaas by die uitsetkant van die ontvangstroombaan. Deur die timer te tel en die tydsverskil te bereken, kan die ooreenstemmende afstand bereken word.

 

Beginsel van u ltrasoniese r anging-  omskakelaar

Die beginsel van ultrasoniese afstandmeting-  omskakelaar is om die bekende voortplantingsspoed van ultrasoniese golwe in die lug te gebruik om die tyd te meet wat dit neem vir die klankgolwe om hindernisse teë te kom en terug te reflekteer nadat hulle uitgestraal is, en om die werklike afstand vanaf die emissiepunt na die hindernis te bereken gebaseer op die tydsverskil tussen emissie en ontvangs. In die eerste plek stuur die ultrasoniese sender- transducer ultrasoniese golwe in 'n sekere rigting uit en begin tydsberekening op dieselfde tyd as die emissietyd. Die ultrasoniese golwe versprei in die lug, en dit keer onmiddellik terug wanneer struikelblokke op die pad teëkom, en die ultrasoniese ontvanger stop tydsberekening onmiddellik na ontvangs van die gereflekteerde golwe. Die voortplantingspoed van ultrasoniese golwe in die lug is C=340m/s. Volgens die tyd T sekondes wat deur die tydhouer aangeteken is, kan die afstand L tussen die emissiepunt en die hindernis bereken word, naamlik: L= C×T /2. Dit is die sogenaamde tydverskil-omvangmetode. Aangesien ultrasound ook  'n soort klankgolf is, hou die klanksnelheid C daarvan verband met temperatuur. Tabel 1 lys die klanksnelheid by verskeie verskillende temperature. In gebruik, as die temperatuur nie veel verander nie, kan dit beskou word dat die spoed van klank basies konstant is. As die afstandmetingsakkuraatheid baie hoog is, moet dit deur temperatuurkompensasie reggestel word.

 

Die verhouding tussen ultrasoniese golfspoed en temperatuur

As gevolg van die voordele van maklike rigting-emissie van ultrasoniese golwe, goeie rigting, maklike beheer van intensiteit, en geen behoefte aan direkte kontak met die gemete voorwerp nie, is dit 'n ideale keuse om die omkeerafstand te meet. Ultraklank propageer in 'n reguit lyn. Hoe hoër die frekwensie, hoe swakker is die diffraksievermoë, maar hoe sterker is die refleksievermoë. Daarom, ultrasoniese sensors vorm kan gemaak word deur hierdie eienskap van ultrasoniese golwe te gebruik. Daarbenewens beweeg ultrasoniese golwe stadig in lug, wat die gebruik van ultrasoniese sensors eenvoudig maak. Ultrasoniese sensors is sensors wat ontwikkel is met behulp van die eienskappe van ultrasoniese golwe. Ultraklank is 'n meganiese golf met 'n vibrasiefrekwensie hoër as dié van klankgolwe, wat gegenereer word deur die vibrasie van die transducer chip onder die opwekking van spanning. Dit het 'n hoë frekwensie, kort golflengte, klein diffraksie verskynsel, veral goeie rigting, en kan georiënteer word as strale verspreiding eienskappe. Ultraklank het 'n groot deurdringingsvermoë tot vloeistowwe en vaste stowwe, veral in vaste stowwe wat ondeursigtig is vir sonlig, dit kan tot 'n diepte van tientalle meters penetreer. Ultrasoniese golwe sal beduidende refleksies produseer wanneer hulle onsuiwerhede of raakvlakke teëkom om eggo's te vorm, en wanneer hulle bewegende voorwerpe teëkom, sal hulle Doppler-effekte produseer. Daarom word ultrasoniese opsporing wyd gebruik in die industrie, nasionale verdediging, biomedisyne, ens. u lraklank word gebruik as 'n opsporingsmetode, en ultrasoniese golwe moet gegenereer en ontvang word. Die toestel wat hierdie funksie verrig, is 'n ultrasoniese sensor, wat gewoonlik 'n ultrasoniese transducer of 'n ultrasoniese sonde genoem word.

 

Die ultrasoniese sensor bestaan ​​hoofsaaklik uit 'n bimorfe vibrator, 'n koniese resonante plaat en elektrodes. Wanneer 'n sekere spanning tussen die twee elektrodes toegepas word, word die piëso-elektriese keramiekwafer sal saamgepers word om meganiese vervorming te produseer, en die piëzo-elektriese wafer sal terugkeer na sy oorspronklike vorm nadat die spanning verwyder is. As 'n spanning tussen die twee pole op 'n sekere frekwensie aangelê word, sal die piëso-elektriese keramiek  ook teen 'n sekere frekwensie vibreer. Daar word getoets dat die natuurlike frekwensie van hierdie tipe piëso-elektriese omskakelaar  38,4 KHz is, en 'n vierkantgolfpulssein met 'n frekwensie van 40 KHz  -omskakelaar  word op die twee pole toegepas. Op hierdie tydstip resoneer die piëzo-elektriese skyfie en straal dit ultrasoniese golwe uit. Op dieselfde manier sal 'n ultrasoniese sensor sonder 'n eksterne pulssein ook resoneer wanneer die resonansieplaat ultrasoniese golwe ontvang, en 'n elektriese sein sal tussen die twee pole gegenereer word. Die ultrasoniese sonde is hoofsaaklik saamgestel uit piëso-elektriese wafers, wat beide ultrasoniese golwe kan oordra en ontvang. Lae-krag ultrasoniese transducers word meestal gebruik vir opsporing. Dit het baie verskillende strukture, wat verdeel kan word in reguit sonde (langsgolf), skuins sonde (skuifgolf), oppervlakgolfsonde (oppervlakgolf), Lamgolfsonde (Lamgolf), dubbele sonde (een sonderefleksie, een sondeontvangs) wag.