Mitkä ovat ultraäänianturianturit

Ultraäänianturit, jotka on kehitetty käyttämällä ultraääniaaltojen ominaisuuksia. Ultraääni on mekaaninen aalto, jonka värähtelytaajuus on korkeampi kuin ääniaalloilla. Se syntyy muuntimen sirun värähtelystä jännitteen virityksen alaisena. Sillä on korkea taajuus, lyhyt aallonpituus, pieni diffraktioilmiö, erityisen hyvä suuntaavuus ja se voidaan suunnata säteisiin. Levitys ja muut ominaisuudet. Ultraääniaalloilla on erinomainen kyky tunkeutua nesteisiin ja kiinteisiin aineisiin, erityisesti kiinteisiin aineisiin, jotka eivät läpäise auringonvaloa. Se voi tunkeutua kymmenien metrien syvyyteen. Kun ultraääniaalto osuu epäpuhtauksiin tai rajapintaan, se tuottaa merkittävän heijastuksen muodostaen kaiun, ja se voi tuottaa Doppler-ilmiön osuessaan liikkuvaan kohteeseen. Ultraääniominaisuuksien perusteella kehitettyjä antureita kutsutaan 'ultraääniantureiksi' ja niitä käytetään laajalti teollisuudessa, maanpuolustuksessa ja biolääketieteessä.

komponentti

Ultraäänimuuntimet koostuvat pääasiassa pietsosähköisistä kiekoista, ultraäänietäisyysanturi voi lähettää ja vastaanottaa ultraääniaaltoja. Pienitehoisia ultraääniantureita käytetään useimmiten havaitsemiseen. Sillä on monia erilaisia ​​rakenteita, jotka voidaan jakaa suoraan anturiin (pituusaalto), vinoon anturiin (poikittainen aalto), pinta-aaltoanturiin (pinta-aalto), Lamb-aaltoanturiin (Lamb-aalto), kaksoisanturiin (yksi koetin lähetetään, yksi anturi vastaanotetaan) Odota.

Suorituskyky

Ultraäänianturin ydin on a pietsosähköinen ultraäänianturisiru sen muovi- tai metallikuoressa. Vohvelin voi muodostaa monenlaisia ​​materiaaleja. Kiekon koko, kuten halkaisija ja paksuus, ovat myös erilaisia, joten kunkin anturin suorituskyky on erilainen, meidän on tiedettävä sen suorituskyky ennen käyttöä. Ultraääniantureiden tärkeimmät suorituskykyindikaattorit ovat:

työtaajuutta

Toimintataajuus on pietsosähköisen kiekon resonanssitaajuus. Kun sen molempiin päihin syötettävän vaihtovirtajännitteen taajuus on yhtä suuri kuin sirun resonanssitaajuus, lähtöenergia on suurin ja herkkyys suurin.

Käyttölämpötila

Koska pietsosähköisten materiaalien Curie-piste on yleensä suhteellisen korkea, erityisesti ultraäänikoettimien diagnosointiin

Ultraääni anturi

Teho on pieni, joten työskentelylämpötila on suhteellisen alhainen ja se voi toimia pitkään ilman vikaa. Lääketieteellisten ultraääniantureiden lämpötila on suhteellisen korkea ja vaatii erilliset jäähdytyslaitteet.

Herkkyys

Riippuu lähinnä itse valmistuskiekosta. Sähkömekaaninen kytkentäkerroin on suuri ja herkkyys korkea; päinvastoin, herkkyys on alhainen.

Suuntavuus

Ultraäänianturin tunnistusalue

pääsovellus

Ultraäänianturitekniikkaa sovelletaan tuotantokäytännön eri osa-alueisiin, ja lääketieteellinen sovellus on sen yksi ultraääniantureiden pääsovelluksista. Seuraavassa käytetään lääkettä esimerkkinä havainnollistamaan ultraäänianturitekniikan soveltamista. Pietsosähköisen ultraäänimuuntimen käyttö lääketieteessä on pääasiassa sairauksien diagnosointia, ja siitä on tullut kliinisen lääketieteen korvaamaton diagnostinen menetelmä. Ultraäänidiagnoosin edut ovat: ei kipua, ei vaurioita tutkittavalle, yksinkertainen menetelmä, selkeä kuvantaminen, korkea diagnostinen tarkkuus jne. Siksi sitä on helppo edistää ja se on tervetullut lääketieteen työntekijöiden ja potilaiden keskuudessa. Ultraäänidiagnoosi voi perustua erilaisiin lääketieteellisiin periaatteisiin. Katsotaanpa yhtä edustavista ns. A-tyypin menetelmistä. Tämä menetelmä käyttää ultraääniaaltojen heijastusta. Kun ultraääniaallot etenevät ihmiskudoksessa ja kohtaavat kaksi mediarajapintaa, joilla on erilaiset akustiset impedanssit, rajapinnalle syntyy heijastuneita kaikuja. Joka kerta kun heijastava pinta kohdataan, kaiku näkyy oskilloskoopin näytöllä, ja kahden rajapinnan välinen impedanssiero määrittää myös kaiun amplitudin. Teollisuudessa ultraäänen tyypillisiä sovelluksia ovat metallien rikkomaton testaus ja ultraäänipaksuuden mittaus. Aiemmin monet tekniikat estyivät, koska ne eivät kyenneet havaitsemaan kohteen kudosten sisäpuolta. Ultraäänianturitekniikan ilmaantuminen muutti tilanteen. Tietenkin eri laitteisiin asennetaan kiinteästi lisää ultraääniantureita, jotka tunnistavat 'hiljaisesti' ihmisten tarvitsemat signaalit. Ultraääniantureiden sovelluksissa tulevaisuudessa ultraääni yhdistetään tietotekniikkaan ja uuteen materiaaliteknologiaan, ja älykkäämpiä ja erittäin herkkiä ultraääniantureita ilmaantuu.

Ultraäänietäisyysanturin teknologiasovellus 

Ultraääniaalloilla on erinomainen kyky tunkeutua nesteisiin ja kiinteisiin aineisiin, erityisesti läpinäkymättömissä kiinteissä aineissa, joissa ne voivat tunkeutua kymmenien metrien syvyyteen. Kun ultraääniaalto osuu epäpuhtauksiin tai rajapintaan, se tuottaa merkittävän heijastuksen muodostaen kaiun, ja se voi tuottaa doppler-ilmiön osuessaan liikkuvaan kohteeseen. Siksi ultraäänitestausta käytetään laajalti teollisuudessa, maanpuolustuksessa, biolääketieteessä jne. Ultraäänietäisyysantureita voidaan käyttää laajasti tason (nestetason) monitoroinnissa, robotin törmäyksenestossa, erilaisissa ultraääniläheisyyskytkimissä ja varkaudenestohälyttimissä ja muilla asiaan liittyvillä aloilla. Ne ovat luotettavia työssään, helppo asentaa, vesitiivis, pieni laukaisukulma, korkea herkkyys, On kätevä liittää teollisiin näyttöinstrumentteihin, ja mukana on myös suuremmat laukaisukulmat.

Konkreettinen sovellus

1. Ultraäänianturi voi havaita säiliön tilan. Kun ultraäänianturi on asennettu muovisulatussäiliön tai muovipellettikammion päälle, kun säiliöön säteilee ääniaaltoja, säiliön tila voidaan analysoida vastaavasti, kuten täynnä, tyhjä tai puoliksi täynnä.

2. Ultraääniantureilla voidaan havaita läpinäkyviä esineitä, nesteitä, tiheitä materiaaleja, joissa on karkea, sileä ja kevyt pinta, sekä epäsäännölliset esineet. Mutta se ei sovellu ulkokäyttöön, kuumaan ympäristöön tai painesäiliöön ja vaahtomuoviesineisiin.

3. Ultraääniantureita voidaan käyttää elintarviketehtaissa suljetun kierron ohjausjärjestelmän toteuttamiseen muovipakkausten havaitsemiseen. Uuden tekniikan avulla se voi havaita kosteassa renkaassa, kuten pullonpesukoneessa, meluympäristön ja ympäristön, jossa on äärimmäisiä lämpötilan muutoksia.

4. Ultraääniantureita voidaan käyttää nestepinnan havaitsemiseen, läpinäkyvien esineiden ja materiaalien havaitsemiseen, jännityksen ohjaamiseen ja etäisyyksien mittaamiseen pääasiassa pakkaamiseen, pullojen valmistukseen, materiaalinkäsittelyyn, hiilen tarkastukseen, muovin käsittelyyn ja autoteollisuuteen. Ultraääniantureilla voidaan parantaa prosessien laatua, havaita vikoja, määrittää läsnäolo ja muita näkökohtia. Ultraäänianturiteknologian käyttö estämään väärän polkemisen. Nissan on kehittänyt toiminnon, joka estää ajoneuvoa kiihtymästä vahingossa painamalla kaasupoljinta, kun jarrua ollaan painamassa. Käytettäessä kameroita ja ultraääniantureita päättelemään 'pysäköinnin parkkipaikalle' tilannetta, jos Kuljettaja jarruttaa väkisin kaasupolkimeen astuessaan. Tämä tekniikka on tarkoitus ottaa käytännössä käyttöön 2–3 vuoden kuluessa. Ultraäänianturitekniikka on kehitetty estämään onnettomuudet, jotka johtuvat väärästä jarru- ja kaasupolkimen painamisesta parkkipaikalle pysäköidessään.

Tekniikka toteutetaan käyttämällä neljää kameraa, joista yksi on ajoneuvon edessä, takana, vasemmalla ja oikealla, sekä kahdeksan ultraäänianturia etupuskurissa ja takapuskurissa. Neljä kameraa käyttävät 'surround view display' -kameraa, joka näyttää lintuperspektiivin ajoneuvon ympäristöstä. Käytä kameraa tunnistamaan valkoiset viivat päätelläksesi, että auto on parkkipaikalla, ja käytä ultraäänianturia mittaamaan auton ja ympäröivien esteiden välinen etäisyys määrittääksesi jarrutuksen ajoituksen. Väärän jarrun ja kaasupolkimen painamisen aiheuttamien onnettomuuksien ehkäisy toteutetaan kahdessa vaiheessa. Kun kuljettaja haluaa pysähtyä parkkipaikalla, jos hän painaa kaasupoljinta, hän laskee ensin nopeuden ryömintänopeuteen, ilmoittaa vaarasta kojelaudan kuvakkeen avulla ja antaa hälytyksen. Jos kuljettaja jatkaa kaasupolkimen painamista ja on osumassa seinään tai muihin esineisiin, jarru pakotetaan. Jarrutuksen ajoitus .Auto voi pysähtyä, kun se on noin 20-30 cm päässä esteestä.

Toimintaperiaate

Ihmiset voivat kuulla kohteen tärinän tuottaman äänen ja sen taajuus on alueella 20HZ-20KHZ ultraäänianturi, yli 20KHZ kutsutaan ultraääneksi ja alle 20HZ kutsutaan infraääneksi. Yleisesti käytetty ultraäänitaajuus vaihtelee kymmenistä KHZ:istä kymmeniin MHz:iin. Ultraääni on eräänlainen mekaaninen värähtely elastisessa väliaineessa, jolla on kaksi muotoa: poikittaisvärähtely (poikittaisaalto) ja pitkittäinen värähtely (pitkittäisaalto). Sovellus teollisuudessa käyttää pääasiassa pitkittäistä värähtelyä. Ultraääniaallot voivat levitä kaasuissa, nesteissä ja kiinteissä aineissa, ja niiden etenemisnopeudet ovat erilaisia. Lisäksi sillä on myös taittumis- ja heijastusilmiöitä sekä vaimennusta etenemisen aikana. Ilmassa etenevien ultraääniaaltojen taajuus on alhainen, yleensä kymmeniä KHZ, kun taas kiinteissä ja nesteissä taajuus voi olla suurempi. Ilmassa vaimennus on nopeampaa, kun se leviää nesteessä ja kiinteässä aineessa, vaimennus on pieni ja leviäminen on pidempi. Ultraääniaaltojen ominaisuuksia hyödyntäen siitä voidaan valmistaa erilaisia ​​ultraääniantureita, jotka on varustettu erilaisilla piireillä, ja niistä voidaan tehdä erilaisia ​​ultraäänimittauslaitteita ja -laitteita, ja niitä käytetään laajalti viestinnässä, lääketieteellisissä laitteissa ja muissa näkökohdissa.

Päämateriaalit Ultraäänietäisyysanturit ovat pietsosähköisiä kristalleja (sähköstriktio) ja nikkeli-rauta-alumiiniseosta (magnetostriktio). Sähköstriktiivisiä materiaaleja ovat lyijysirkonaattititanaatti (PZT) ja niin edelleen. Pietsosähköisestä kiteestä koostuva ultraäänianturi on käännettävä anturi. Se voi muuntaa sähköenergian mekaaniseksi värähtelyksi ultraääniaaltojen tuottamiseksi. Samalla kun se vastaanottaa ultraääniaaltoja, se voidaan muuntaa myös sähköenergiaksi, joten se voidaan jakaa lähettimiin tai vastaanottimiin. Joitakin ultraääniantureita voidaan käyttää sekä lähettämiseen että vastaanottamiseen. Tässä esitellään vain pieniä ultraääniantureita. Lähettämisen ja vastaanottamisen välillä on pieni ero. Se soveltuu lähetettäväksi ilmassa, ja työtaajuus on yleensä 23-25KHZ ja 40-45KHZ. Tämän tyyppinen ultraäänianturi soveltuu etäisyyteen, ultraäänianturin ohjaukseen, varkaudenestoon ja muihin tarkoituksiin. On olemassa T/R-40-60, T/R-40-12 jne. (jossa T tarkoittaa lähettämistä, R tarkoittaa vastaanottoa, 40 tarkoittaa taajuutta 40 KHZ, 16 ja 12 tarkoittavat sen ulkohalkaisijaa millimetreinä). Siinä on myös suljettu ultraäänianturi. Sen ominaisuus on, että se on vedenpitävä (mutta sitä ei voi laittaa veteen), sitä voidaan käyttää materiaalitason ja lähestymiskytkimenä ja sen suorituskyky on parempi. Ultraäänisovelluksia on kolme perustyyppiä, lähetystyyppiä käytetään kaukosäätimessä, varkaudenestohälytys, automaattinen ovi, läheisyyskytkin, erotettua heijastustyyppiä käytetään etäisyyden mittaamiseen, nesteen tasoon tai materiaalin tasoon; heijastustyyppiä käytetään materiaalivirheiden havaitsemiseen, paksuuden mittaamiseen jne. Se koostuu lähettävästä anturista (tai aaltolähettimestä), vastaanottoanturista (tai aaltovastaanottimesta), ohjausosasta ja virtalähdeosasta. Lähetinanturi koostuu lähettimestä ja keraamisesta täryanturista, joiden halkaisija on noin 15 mm. Anturin tehtävänä on muuntaa keraamisen vibraattorin sähköinen värähtelyenergia superenergiaksi ja säteillä ilmaan; kun taas vastaanottava anturi koostuu keraamisesta värähtelyanturista, joka koostuu vahvistinpiiristä, muunnin vastaanottaa aallon tuottaakseen mekaanista värähtelyä, muuntaa sen sähköenergiaksi anturin vastaanottimen ulostulona, ​​jotta voidaan havaita lähetetty super. Varsinaisessa käytössä voidaan käyttää myös lähettävänä anturina käytettyä keraamista tärylevyä. Käytetään keraamisena vibraattorina vastaanottimen anturiyritykselle. Ohjausosa ohjaa pääasiassa pulssiketjutaajuutta, toimintajaksoa, harvaa modulaatiota ja laskentaa sekä lähettimen lähettämää tunnistusetäisyyttä.

Työohjelma

Jos lähetät anturiin pietsosähköisen keraamisen kiteen (kaksoiskideoskillaattorin), jonka resonanssitaajuus on 40 kHz. Ultraäänianturi käyttää 40 kHz:n suurtaajuista jännitettä, ja pietsosähköinen keraaminen levy laajenee ja supistuu käytetyn korkeataajuisen aallon napaisuuden mukaan, joka muodostaa ultraäänitaajuuden 40 Hz, ja lähettää sitten KHz:n tiheyden (tiheysaste voidaan moduloida ohjauspiirillä) ja välitä se aaltovastaanottimelle. Vastaanotin käyttää paineanturin käyttämän pietsosähköisen vaikutuksen periaatetta, eli kohdistamalla pietsosähköiseen elementtiin painetta pietsosähköisen elementin jännityksen aiheuttamiseksi, sitten 40 kHz sini, jonka toisella puolella on '+' napa ja toisella puolella '-' napa. Koska suurtaajuisen jännitteen amplitudi on pieni, sitä on vahvistettava. Ultraäänianturit mahdollistavat kuljettajan turvallisen perääntymisen. Periaatteena on havaita esteet peruutusreitillä tai sen lähellä ja antaa varoitus ajoissa. Suunniteltu ultraäänietäisyysanturin tunnistus voi tarjota sekä ääni- että valoäänisiä ja visuaalisia varoituksia samanaikaisesti. Varoitus osoittaa, että sokealla alueella olevien esteiden etäisyys ja suunta havaitaan. Tällä tavalla, olipa sitten pysäköity tai ajettava kapeassa paikassa, peruutusesteen tunnistusjärjestelmän avulla kuljettajan psyykkinen paine vähenee ja kuljettaja voi tehdä tarvittavat toimenpiteet vaivattomasti.

Toimintatila

Ultraäänianturi käyttää ultraääni-akustista aaltoväliainetta havaitsevan kohteen kosketuksettomaan ja kulumattomasti havaitsemiseen. Ultraäänianturi voi havaita läpinäkyviä tai värillisiä esineitä, metallisia tai ei-metallisia esineitä, kiinteitä, nestemäisiä ja jauhemaisia ​​aineita. Sen tunnistustehokkuuteen ei vaikuta juurikaan ympäristöolosuhteet, mukaan lukien savu- ja pölyympäristöt ja sadepäivät.