Što su senzori ultrazvučnih sondi

Ultrazvučni pretvornički senzori razvijeni korištenjem karakteristika ultrazvučnih valova. Ultrazvuk je mehanički val s višom frekvencijom vibracija od zvučnih valova. Generira se vibracijom čipa pretvarača pod pobudom napona. Ima visoku frekvenciju, kratku valnu duljinu, mali fenomen difrakcije, posebno dobru usmjerenost i može se usmjeriti u zrake. Diseminacija i druge karakteristike. Ultrazvučni valovi imaju veliku sposobnost prodiranja u tekućine i krutine, posebno u krutine koje su neprozirne za sunčevu svjetlost. Može prodrijeti do dubine od desetak metara. Kada ultrazvučni val pogodi nečistoću ili sučelje, proizvest će značajnu refleksiju da bi se stvorio eho, a može proizvesti Dopplerov efekt kada udari u pokretni objekt. Senzori razvijeni na temelju ultrazvučnih karakteristika nazivaju se 'ultrazvučni senzori' i naširoko se koriste u industriji, nacionalnoj obrani i biomedicini.

komponenta

Ultrazvučni pretvornici uglavnom se sastoje od piezoelektričnih pločica, sonda ultrazvučnog dometa može odašiljati i primati ultrazvučne valove. Za detekciju se uglavnom koriste ultrazvučne sonde male snage. Ima mnogo različitih struktura, koje se mogu podijeliti na ravnu sondu (uzdužni val), kosu sondu (poprečni val), sondu površinskog vala (površinski val), sondu Lambovog vala (Lambov val), dvostruku sondu (jedna sonda se odašilje, jedna sonda prima) Čekaj.

Performanse

Jezgra ultrazvučne sonde je a piezoelektrični ultrazvučni senzorski čip u svom plastičnom ili metalnom omotaču. Može postojati mnogo vrsta materijala koji čine pločicu. Veličina vafla, kao što su promjer i debljina također su različiti, tako da je izvedba svake sonde drugačija, moramo znati njenu izvedbu prije upotrebe. Glavni pokazatelji učinkovitosti ultrazvučnih senzora uključuju:

radna frekvencija

Radna frekvencija je rezonantna frekvencija piezoelektrične pločice. Kada je frekvencija izmjeničnog napona primijenjenog na oba njegova kraja jednaka rezonantnoj frekvenciji čipa, izlazna energija bit će najveća, a osjetljivost će biti najveća.

Radna temperatura

Budući da je Curiejeva točka piezoelektričnih materijala općenito relativno visoka, posebno za ultrazvučne sonde za dijagnostiku

Ultrazvučni senzor

Snaga je mala, pa je radna temperatura relativno niska i može dugo raditi bez kvara. Temperatura medicinskih ultrazvučnih sondi je relativno visoka i zahtijeva posebnu rashladnu opremu.

Osjetljivost

Uglavnom ovisi o samoj proizvodnji pločice. Koeficijent elektromehaničke sprege je velik, a osjetljivost visoka; naprotiv, osjetljivost je niska.

Usmjerenost

Raspon detekcije ultrazvučnog senzora

glavna primjena

Tehnologija ultrazvučnog senzora primjenjuje se u različitim aspektima proizvodne prakse, a medicinska primjena je jedna od glavnih primjena ultrazvučnih senzora, u nastavku se koristi medicina kao primjer za ilustraciju primjene tehnologije ultrazvučnog senzora. Primjena piezoelektričnog ultrazvučnog pretvarača u medicini uglavnom je za dijagnosticiranje bolesti, a postao je nezamjenjiva dijagnostička metoda u kliničkoj medicini. Prednosti ultrazvučne dijagnostike su: bezbolnost, bez oštećenja ispitanika, jednostavna metoda, jasna slika, visoka dijagnostička točnost itd. Stoga je laka za promociju i dobrodošla od strane medicinskih radnika i pacijenata. Ultrazvučna dijagnostika može se temeljiti na različitim medicinskim principima. Pogledajmo jednu od reprezentativnih metoda tzv. A-tipa. Ova metoda koristi refleksiju ultrazvučnih valova. Kada se ultrazvučni valovi šire u ljudskom tkivu i naiđu na dva medijska sučelja s različitim akustičnim impedancijama, na sučelju se stvaraju reflektirani odjeci. Svaki put kad se naiđe na reflektirajuću površinu, jeka se prikazuje na zaslonu osciloskopa, a razlika impedancije između dva sučelja također određuje amplitudu jeke. U industriji, tipične primjene ultrazvuka su nerazorno ispitivanje metala i ultrazvučno mjerenje debljine. U prošlosti su mnoge tehnologije bile spriječene jer nisu mogle detektirati unutrašnjost tkiva objekta. Pojava ultrazvučne senzorske tehnologije promijenila je ovu situaciju. Naravno, više ultrazvučnih senzora fiksno je instalirano na različitim uređajima kako bi 'tiho' detektirali signale koji su ljudima potrebni. U primjeni ultrazvučnih senzora u budućnosti, ultrazvuk će se kombinirati s informacijskom tehnologijom i tehnologijom novih materijala, te će se pojaviti inteligentniji i visoko osjetljivi ultrazvučni senzori.

Primjena tehnologije ultrazvučnog senzora udaljenosti 

Ultrazvučni valovi imaju veliku sposobnost prodiranja u tekućine i krutine, posebno u neprozirne krute tvari, gdje mogu prodrijeti do dubine od nekoliko desetaka metara. Kada ultrazvučni val pogodi nečistoću ili sučelje, proizvest će značajnu refleksiju da bi se stvorio eho, a može proizvesti Doppler efekt kada udari u pokretni objekt. Stoga se ultrazvučno ispitivanje naširoko koristi u industriji, nacionalnoj obrani, biomedicini itd. Ultrazvučni senzori udaljenosti mogu se naširoko koristiti u nadzoru razine (razine tekućine), protiv sudara robota, raznim ultrazvučnim prekidačima blizine i alarmima protiv krađe i drugim srodnim područjima. Pouzdane su u radu, jednostavne za montažu, vodootporne, malog lansirnog kuta, visoke osjetljivosti, pogodne su za povezivanje s industrijskim pokaznim instrumentima, a predviđene su i sonde s većim lansirnim kutovima.

Konkretna primjena

1. Ultrazvučni senzor može otkriti status spremnika. Kada je ultrazvučni senzor instaliran na vrhu plastičnog spremnika taline ili plastične komore za pelete, kada se zvučni valovi emitiraju u spremnik, status spremnika može se analizirati u skladu s tim, kao što je pun, prazan ili napola pun.

2. Ultrazvučni senzori mogu se koristiti za otkrivanje prozirnih predmeta, tekućina, bilo kakvih gustih materijala s hrapavim, glatkim i svijetlim površinama i nepravilnih predmeta. Ali nije prikladan za vanjsku, vruću okolinu ili tlačne spremnike i predmete od pjene.

3. Ultrazvučni senzori mogu se koristiti u pogonima za preradu hrane kako bi se ostvario kontrolni sustav zatvorene petlje za detekciju plastične ambalaže. S novom tehnologijom, može detektirati u vlažnom prstenu, kao što je stroj za pranje boca, bučno okruženje i okruženje s ekstremnim temperaturnim promjenama.

4. Ultrazvučni senzori mogu se koristiti za otkrivanje razine tekućine, otkrivanje prozirnih predmeta i materijala, kontrolu napetosti i mjerenje udaljenosti, uglavnom za pakiranje, izradu boca, rukovanje materijalima, inspekciju ugljena, preradu plastike i automobilsku industriju. Ultrazvučni senzori mogu se koristiti za praćenje procesa za poboljšanje kvalitete proizvoda, otkrivanje nedostataka, određivanje prisutnosti i druge aspekte. Korištenje tehnologije ultrazvučnog senzora za sprječavanje pogrešnog pedaliranja. Nissan je razvio funkciju za sprječavanje ubrzavanja vozila slučajnim gaženjem papučice gasa kada se treba pritisnuti kočnicu. Kada koristite kamere i ultrazvučne senzore za zaključivanje situacije 'parkiranja na parkiralištu', ako će vozač pritisnuti kočnice kada pritisne papučicu gasa. Predviđeno je da ova tehnologija bude stavljena u praktičnu upotrebu u roku od 2 do 3 godine. Tehnologija ultrazvučnih senzora razvijena je za sprječavanje nesreća uzrokovanih pogrešnim pritiskom na kočnicu i gas prilikom parkiranja na parkiralištu.

Tehnologija se ostvaruje korištenjem četiri kamere opremljene po jednom na prednjoj, stražnjoj, lijevoj i desnoj strani vozila te osam ultrazvučnih senzora u prednjem i stražnjem braniku. Četiri kamere koriste 'surround view display' kameru koja prikazuje okolinu vozila iz ptičje perspektive. Koristite kameru za prepoznavanje bijelih linija kako biste zaključili da je automobil na parkiralištu i koristite ultrazvučni senzor za mjerenje udaljenosti između automobila i okolnih prepreka kako biste odredili vrijeme kočenja. Prevencija nesreća uzrokovanih pogrešnim pritiskom na kočnicu i gas provodi se u dva koraka. Kada vozač želi stati na parkiralištu, ako pritisne papučicu gasa, on najprije smanjuje brzinu na pužu, koristi ikonu na kontrolnoj ploči za označavanje opasnosti i oglašava alarm. Ako vozač nastavi pritiskati papučicu gasa i sprema se udariti u zid ili druge predmete, kočnica će biti prinudna. Vrijeme kočenja .Automobil se može zaustaviti kada je oko 20 do 30 cm udaljen od prepreke.

Princip rada

Ljudi mogu čuti zvuk koji proizvodi vibracija objekta, a njegova je frekvencija unutar raspona od 20HZ-20KHZ ultrazvučnog senzora, više od 20KHZ naziva se ultrazvučnim, a ispod 20HZ naziva se infrazvukom. Uobičajeno korištena ultrazvučna frekvencija kreće se od desetaka KHZ do desetaka MHZ. Ultrazvuk je vrsta mehaničkog titranja u elastičnom mediju, koje ima dva oblika: transverzalno titranje (transverzalni val) i longitudinalno titranje (longitudinalni val). Primjena u industriji uglavnom usvaja uzdužno osciliranje. Ultrazvučni valovi mogu se širiti u plinovima, tekućinama i čvrstim tijelima, a brzine širenja su im različite. Osim toga, također ima fenomene refrakcije i refleksije, te slabljenje tijekom širenja. Frekvencija ultrazvučnih valova koji se šire u zraku je niska, uglavnom desetke KHZ, dok u krutim tvarima i tekućinama frekvencija može biti i veća. Slabljenje je brže u zraku, dok se širi u tekućini i krutom, slabljenje je malo, a širenje duže. Koristeći karakteristike ultrazvučnih valova, može se izraditi u razne ultrazvučne senzore, opremljene različitim krugovima, i napraviti u raznim ultrazvučnim mjernim instrumentima i uređajima, a naširoko se koriste u komunikaciji, medicinskim uređajima i drugim aspektima.

Glavni materijali od ultrazvučni senzori pretvornika udaljenosti su piezoelektrični kristal (elektrostrikcija) i legura nikal-željezo-aluminij (magnetostrikcija). Elektrostrikcijski materijali uključuju olovo cirkonat titanat (PZT) i tako dalje. Ultrazvučni senzor sastavljen od piezoelektričnog kristala je reverzibilni senzor. Može pretvoriti električnu energiju u mehaničku oscilaciju za generiranje ultrazvučnih valova. Istovremeno, kad prima ultrazvučne valove, može se pretvoriti i u električnu energiju, pa se može podijeliti na odašiljače ili prijemnike. Neki ultrazvučni senzori mogu se koristiti i za slanje i za primanje. Ovdje se uvode samo mali ultrazvučni senzori. Postoji mala razlika između slanja i primanja. Pogodan je za prijenos u zraku, a radna frekvencija je općenito 23-25KHZ i 40-45KHZ. Ovaj tip ultrazvučnog senzora prikladan je za mjerenje udaljenosti, kontrolu ultrazvučnog senzora, zaštitu od krađe i druge svrhe. Postoje T/R-40-60, T/R-40-12 itd. (gdje T znači slanje, R znači primanje, 40 znači da je frekvencija 40KHZ, 16 i 12 znače njegov vanjski promjer, u milimetrima). Tu je i zatvoreni ultrazvučni senzor. Karakteristika mu je da je vodootporan (ali se ne može staviti u vodu), može se koristiti kao prekidač razine materijala i blizine, a performanse su mu bolje. Postoje tri osnovne vrste ultrazvučnih aplikacija, tip prijenosa koristi se za daljinsko upravljanje, alarm protiv krađe, automatska vrata, prekidač blizine, tip odvojene refleksije koristi se za mjerenje udaljenosti, razine tekućine ili razine materijala; tip refleksije koristi se za otkrivanje nedostataka materijala, mjerenje debljine itd. Sastoji se od senzora za slanje (ili odašiljača valova), senzora za primanje (ili prijamnika valova), upravljačkog dijela i dijela za napajanje. Senzor odašiljača sastoji se od odašiljača i keramičke vibratorske sonde promjera oko 15 mm. Funkcija pretvornika je pretvaranje električne energije vibracije keramičkog vibratora u super energiju i zračenje u zrak; dok je prijemni senzor sastavljen od keramičkog vibratorskog pretvornika. Sastavljen od kruga pojačala, pretvornik prima val za proizvodnju mehaničkih vibracija, pretvara ga u električnu energiju, kao izlaz prijemnika senzora, kako bi otkrio odaslani super. U stvarnoj uporabi može se koristiti i keramički vibrator koji se koristi kao prijenosni senzor. Koristi se kao keramički vibrator za tvrtku senzora prijemnika. Upravljački dio uglavnom kontrolira frekvenciju lanca impulsa, radni ciklus, rijetku modulaciju i brojanje te udaljenost detekcije koju šalje odašiljač.

Program rada

Ako u senzor pošaljete piezoelektrični keramički kristal (dvostruki kristalni oscilator) s frekvencijom rezonancije od 40 KHz. Ultrazvučni senzor primjenjuje visokofrekventni napon od 40 KHz, a piezoelektrični keramički list se širi i skuplja u skladu s polaritetom primijenjenog visokofrekventnog napona, a zatim šalje ultrazvučne valove frekvencije 40 KHz, koji se šire u obliku gustoće (stupanj gustoće može se modulirati pomoću upravljačkog kruga) i proslijediti ga prijemniku vala. Prijemnik koristi princip piezoelektričnog efekta koji koristi senzor tlaka, to jest, primjenjuje pritisak na piezoelektrični element da izazove naprezanje piezoelektričnog elementa, zatim sinus od 40 KHz s '+' polom s jedne strane i '-' polom s druge strane napona. Budući da je amplituda visokofrekventnog napona mala, potrebno ga je pojačati. Ultrazvučni senzori omogućuju vozaču sigurno kretanje unatrag. Načelo je otkriti sve prepreke na ili u blizini sporedne staze i izdati upozorenje na vrijeme. Dizajnirana detekcija ultrazvučnog pretvarača udaljenosti može pružiti zvučna i svjetlosna zvučna i vizualna upozorenja u isto vrijeme. Upozorenje pokazuje da su detektirani udaljenost i smjer prepreka u slijepoj zoni. Na ovaj način, bilo da se radi o parkiranju ili vožnji na uskom mjestu, uz pomoć sustava za detekciju prepreka pri vožnji unatrag smanjit će se psihički pritisak vozača, a vozač može s lakoćom poduzeti potrebne radnje.

Način rada

Ultrazvučni senzor koristi medij ultrazvučnih akustičnih valova za beskontaktno otkrivanje otkrivenog objekta bez trošenja. Ultrazvučni senzor može otkriti prozirne ili obojene predmete, metalne ili nemetalne predmete, čvrste, tekuće i praškaste tvari. Na njegove performanse detekcije gotovo da ne utječu uvjeti okoline, uključujući okruženja dima i prašine te kišne dane.