Co jsou to ultrazvukové snímače

Ultrazvukové snímače snímačů vyvinuté s využitím charakteristik ultrazvukových vln. Ultrazvuk je mechanické vlnění s vyšší frekvencí vibrací než zvukové vlny. Je generován vibrací čipu převodníku při buzení napětí. Má vysokou frekvenci, krátkou vlnovou délku, malý difrakční jev, zvláště dobrou směrovost a může být nasměrován do paprsků. Šíření a další charakteristiky. Ultrazvukové vlny mají velkou schopnost pronikat kapalinami a pevnými látkami, zejména v pevných látkách, které jsou neprůhledné pro sluneční světlo. Dokáže proniknout až do hloubky desítek metrů. Když ultrazvuková vlna narazí na nečistotu nebo rozhraní, vytvoří významný odraz, který vytvoří ozvěnu, a při dopadu na pohybující se objekt může vyvolat Dopplerův efekt. Senzory vyvinuté na základě ultrazvukových charakteristik se nazývají 'ultrazvukové senzory' a jsou široce používány v průmyslu, národní obraně a biomedicíně.

komponent

Ultrazvukové měniče se skládají hlavně z piezoelektrických destiček, ultrazvukový snímač vzdálenosti může vysílat a přijímat ultrazvukové vlny. K detekci se většinou používají nízkovýkonové ultrazvukové sondy. Má mnoho různých struktur, které lze rozdělit na přímou sondu (podélná vlna), šikmou sondu (příčná vlna), povrchovou vlnovou sondu (povrchová vlna), Lamb vlnovou sondu (Lamb vlna), duální sondu (jedna sonda je vysílána, jedna sonda je přijímána) Počkejte.

Výkon

Jádrem ultrazvukové sondy je a piezoelektrický ultrazvukový snímací čip v plastovém nebo kovovém plášti. Oplatek může být vyroben z mnoha druhů materiálů. Velikost waferu, jako je průměr a tloušťka, se také liší, takže výkon každé sondy je jiný, před použitím musíme znát její výkon. Mezi hlavní výkonnostní ukazatele ultrazvukových senzorů patří:

pracovní frekvence

Pracovní frekvence je rezonanční frekvence piezoelektrického plátku. Když se frekvence střídavého napětí aplikovaného na oba jeho konce rovná rezonanční frekvenci čipu, výstupní energie bude nejvyšší a citlivost bude nejvyšší.

Provozní teplota

Protože Curieův bod piezoelektrických materiálů je obecně relativně vysoký, zejména u ultrazvukových sond pro diagnostiku

Ultrazvukový senzor

Výkon je malý, takže pracovní teplota je relativně nízká a může pracovat po dlouhou dobu bez poruchy. Teplota lékařských ultrazvukových sond je poměrně vysoká a vyžaduje samostatné chladicí zařízení.

Citlivost

Záleží především na samotné výrobě waferu. Koeficient elektromechanické vazby je velký a citlivost je vysoká; naopak citlivost je nízká.

Směrovost

Detekční rozsah ultrazvukového senzoru

hlavní aplikace

Technologie ultrazvukového snímání se používá v různých aspektech výrobní praxe a lékařská aplikace je jednou z hlavních aplikací ultrazvukových senzorů, v následujícím textu je jako příklad ilustrována aplikace technologie ultrazvukového snímání. Aplikace piezoelektrického ultrazvukového měniče v medicíně je především k diagnostice nemocí a stala se nepostradatelnou diagnostickou metodou v klinické medicíně. Výhody ultrazvukové diagnostiky jsou: žádná bolest, žádné poškození vyšetřovaného, ​​jednoduchá metoda, jasné zobrazení, vysoká diagnostická přesnost atd. Proto se snadno prosazuje a je vítána zdravotníky i pacienty. Ultrazvuková diagnostika může být založena na různých lékařských principech. Pojďme se podívat na jednu z reprezentativních metod tzv. A-type. Tato metoda využívá odrazu ultrazvukových vln. Když se ultrazvukové vlny šíří v lidské tkáni a narazí na dvě rozhraní médií s různými akustickými impedancemi, na rozhraní se generují odražené ozvěny. Pokaždé, když narazíte na odraznou plochu, zobrazí se ozvěna na obrazovce osciloskopu a rozdíl impedance mezi dvěma rozhraními také určuje amplitudu ozvěny. V průmyslu jsou typickými aplikacemi ultrazvuku nedestruktivní zkoušení kovů a měření tloušťky ultrazvukem. V minulosti bylo mnoho technologií brzděno, protože nebyly schopny detekovat vnitřek tkání objektu. Vznik technologie ultrazvukového snímání tuto situaci změnil. Samozřejmě je na různých zařízeních pevně nainstalováno více ultrazvukových senzorů, které 'tiše' detekují signály, které lidé potřebují. Při aplikaci ultrazvukových senzorů se v budoucnu spojí ultrazvuk s informační technologií a novou materiálovou technologií a objeví se inteligentnější a vysoce citlivé ultrazvukové senzory.

Aplikace technologie ultrazvukového snímače vzdálenosti 

Ultrazvukové vlny mají velkou schopnost pronikat kapalinami a pevnými látkami, zejména v neprůhledných pevných látkách, kde mohou proniknout až do hloubky desítek metrů. Když ultrazvuková vlna zasáhne nečistotu nebo rozhraní, vytvoří významný odraz, který vytvoří ozvěnu, a při dopadu na pohybující se objekt může vyvolat dopplerovský efekt. Proto je ultrazvukové testování široce používáno v průmyslu, národní obraně, biomedicíně atd. Ultrazvukové senzory vzdálenosti mohou být široce používány při monitorování hladiny (hladiny kapaliny), proti srážce robotů, různých ultrazvukových přibližovacích spínačích a alarmech proti krádeži a dalších souvisejících oborech. Jsou spolehlivé v práci, snadno se instalují, jsou vodotěsné, s malým úhlem spouštění, vysokou citlivostí, jsou vhodné pro připojení k průmyslovým zobrazovacím přístrojům a jsou k dispozici také sondy s většími úhly spouštění.

Konkrétní aplikace

1. Ultrazvukový senzor dokáže detekovat stav nádoby. Když je ultrazvukový senzor instalován na vršku plastové nádrže na taveninu nebo komory na plastové pelety, když jsou do kontejneru vysílány zvukové vlny, lze podle toho analyzovat stav kontejneru, jako je plný, prázdný nebo poloplný.

2. Ultrazvukové senzory lze použít k detekci průhledných předmětů, kapalin, jakýchkoli hustých materiálů s drsným, hladkým a světlým povrchem a nepravidelných předmětů. Není ale vhodný do venkovního, horkého prostředí nebo tlakové nádoby a pěnových předmětů.

3. Ultrazvukové senzory mohou být použity v potravinářských provozech k realizaci uzavřeného regulačního systému pro detekci plastových obalů. S novou technologií dokáže detekovat ve vlhkém kruhu, jako je myčka lahví, hlučné prostředí a prostředí s extrémními změnami teplot.

4. Ultrazvukové senzory lze použít k detekci hladiny kapalin, detekci průhledných předmětů a materiálů, řízení napětí a měření vzdáleností, zejména pro balení, výrobu lahví, manipulaci s materiálem, kontrolu uhlí, zpracování plastů a automobilový průmysl. Ultrazvukové senzory lze použít pro monitorování procesu ke zlepšení kvality produktu, detekci defektů, určení přítomnosti a dalších aspektů. Použití technologie ultrazvukových senzorů k zamezení špatného šlapání. Nissan vyvinul funkci, která zabrání vozidlu zrychlit náhodným sešlápnutím plynu, když se chystá sešlápnout brzdu. Při použití kamer a ultrazvukových senzorů k vyvození situace 'parkování na parkovišti', pokud Řidič při sešlápnutí akcelerátoru sešlápne brzdu. Uvedení této technologie do praxe je plánováno během 2 až 3 let. Technologie ultrazvukových senzorů byla vyvinuta, aby se zabránilo nehodám způsobeným nesprávným sešlápnutím brzdy a plynu při parkování na parkovišti.

Technologie je realizována pomocí čtyř kamer vybavených jednou vpředu, vzadu, vlevo a vpravo na vozidle a osmi ultrazvukových senzorů v předním a zadním nárazníku. Čtyři kamery využívají 'surround view display' kameru, která zobrazuje pohled na okolí vozidla z ptačí perspektivy. Použijte kameru k rozpoznání bílých čar, abyste odvodili, že auto je na parkovišti, a pomocí ultrazvukového senzoru změřte vzdálenost mezi vozem a okolními překážkami, abyste určili načasování brzdění. Prevence nehod způsobených špatným sešlápnutím brzdy a plynu je realizována ve dvou krocích. Když chce řidič zastavit na parkovišti, šlápne na plyn, nejprve sníží rychlost na plíživou rychlost, pomocí ikony na palubní desce upozorní na nebezpečí a spustí alarm. Pokud řidič nadále šlape na plyn a chystá se narazit do zdi nebo jiných předmětů, bude brzda nucena. Časování brzdění. Vůz se může zastavit, když je asi 20 až 30 cm od překážky.

Princip fungování

Lidé slyší, že zvuk vzniká vibracemi objektu a jeho frekvence je v rozsahu 20HZ-20KHZ ultrazvukového senzoru, více než 20KHZ se nazývá ultrazvuk a pod 20HZ se nazývá infrazvuk. Běžně používaná ultrazvuková frekvence se pohybuje od desítek KHZ do desítek MHZ. Ultrazvuk je druh mechanického kmitání v elastickém prostředí, které má dvě formy: příčné kmitání (příčné vlnění) a podélné kmitání (podélné vlnění). Aplikace v průmyslu využívá hlavně podélnou oscilaci. Ultrazvukové vlny se mohou šířit v plynech, kapalinách i pevných látkách a jejich rychlosti šíření jsou různé. Kromě toho má také jevy lomu a odrazu a útlum během šíření. Frekvence ultrazvukových vln šířících se vzduchem je nízká, obecně desítky KHZ, zatímco u pevných látek a kapalin může být frekvence vyšší. Na vzduchu je útlum rychlejší, zatímco se šíří v kapalině a pevné látce, útlum je malý a rozptyl je delší. S využitím vlastností ultrazvukových vln lze z nich vytvořit různé ultrazvukové senzory, vybavené různými obvody a vyrobit z nich různé ultrazvukové měřicí přístroje a zařízení a jsou široce používány v komunikaci, lékařských přístrojích a dalších aspektech.

Hlavní materiály Ultrazvukové snímače vzdálenosti jsou tvořeny piezoelektrickým krystalem (elektrostrikce) a slitinou nikl-železo-hliník (magnetostrikce). Elektrostrikční materiály zahrnují zirkoničitan titaničitan olovnatý (PZT) a tak dále. Ultrazvukový senzor složený z piezoelektrického krystalu je reverzibilní senzor. Dokáže přeměnit elektrickou energii na mechanické kmitání pro generování ultrazvukových vln. Zároveň, když přijímá ultrazvukové vlny, může být také přeměněn na elektrickou energii, takže může být rozdělen na vysílače nebo přijímače. Některé ultrazvukové senzory lze použít jak pro odesílání, tak pro příjem. Jsou zde představeny pouze malé ultrazvukové snímače. Mezi odesíláním a přijímáním je malý rozdíl. Je vhodný pro přenos ve vzduchu a pracovní frekvence je obecně 23-25KHZ a 40-45KHZ. Tento typ ultrazvukového senzoru je vhodný pro měření vzdálenosti, ovládání ultrazvukového senzoru, ochranu proti krádeži a další účely. Existují T/R-40-60, T/R-40-12 atd. (kde T znamená odesílání, R znamená přijímání, 40 znamená frekvenci 40KHZ, 16 a 12 znamená jeho vnější průměr v milimetrech). Nechybí ani utěsněný ultrazvukový senzor. Jeho charakteristikou je, že je vodotěsný (ale nelze jej ponořit do vody), lze jej použít jako spínač hladiny materiálu a přiblížení a jeho výkon je lepší. Existují tři základní typy ultrazvukových aplikací, typ přenosu se používá pro dálkové ovládání, alarm proti krádeži, automatické dveře, spínač přiblížení, typ s odděleným odrazem se používá pro měření vzdálenosti, hladiny kapaliny nebo hladiny materiálu; reflexní typ se používá pro detekci vad materiálu, měření tloušťky atd. . Skládá se z vysílacího senzoru (nebo vlnového vysílače), přijímacího senzoru (nebo vlnového přijímače), ovládací části a napájecí části. Snímač vysílače se skládá z vysílače a keramického vibrátorového měniče o průměru cca 15 mm. Funkcí měniče je přeměnit elektrickou vibrační energii keramického vibrátoru na super energii a vyzařovat ji do vzduchu; zatímco přijímací senzor je složen z keramického vibrátorového převodníku, který je složen ze zesilovacího obvodu, převodník přijímá vlnu, aby vytvořil mechanické vibrace, přeměňuje ji na elektrickou energii jako výstup přijímače senzoru, aby detekoval vysílaný super. Při skutečném použití lze také použít keramický vibrátor použitý jako vysílací senzor. Používá se jako keramický vibrátor pro společnost zabývající se snímači přijímačů. Řídicí část řídí především frekvenci pulzního řetězce, pracovní cyklus, řídkou modulaci a počítání a detekční vzdálenost vysílanou vysílačem.

Pracovní program

Pokud odešlete piezoelektrický keramický krystal (oscilátor s dvojitým krystalem) s rezonanční frekvencí 40 kHz v senzoru. Ultrazvukový senzor aplikuje vysokofrekvenční napětí 40 kHz a piezoelektrický keramický plát se roztahuje a smršťuje podle polarity aplikovaného vysokofrekvenčního napětí a poté vyšle ultrazvukové vlny o frekvenci 40 kHz, které se mohou šířit pomocí řídicího stupně hustoty v obvodu předejte jej přijímači vln. Přijímač využívá principu piezoelektrického jevu používaného tlakovým senzorem, to znamená působení tlaku na piezoelektrický prvek, který způsobí napnutí piezoelektrického prvku, pak sinus 40 kHz s '+' pólem na jedné straně a '-' pólem na druhé straně Napětí. Protože je amplituda vysokofrekvenčního napětí malá, je nutné jej zesílit. Ultrazvukové senzory umožňují řidiči bezpečně couvat. Principem je detekovat jakékoli překážky na nebo v blízkosti zadní cesty a včas vydat varování. Navržená detekce ultrazvukového snímače vzdálenosti může poskytovat zvukové i světelné zvukové a vizuální varování současně. Varování znamená, že je detekována vzdálenost a směr překážek v slepé zóně. Tímto způsobem, ať už se jedná o parkování nebo jízdu v úzkém místě, s pomocí systému detekce překážky při couvání se sníží psychický tlak řidiče a řidič může snadno podniknout potřebné kroky.

Provozní režim

Ultrazvukový senzor využívá médium ultrazvukové akustické vlny k provádění bezkontaktní a neopotřebitelné detekce detekovaného objektu. Ultrazvukový senzor dokáže detekovat průhledné nebo barevné předměty, kovové nebo nekovové předměty, pevné, kapalné a práškové látky. Jeho detekční výkon je stěží ovlivněn podmínkami prostředí, včetně kouře a prachu a deštivých dnů.