Transduser Pengukuran Jarak Ultrasonik

Frekuensi ultra sonik sensor transduser yang dapat didengar orang adalah 20Hz~2KHz, yaitu gelombang suara yang dapat didengar. Suara di luar rentang frekuensi ini, suara ultra di bawah 20Hz disebut gelombang suara frekuensi rendah, dan suara ultra di atas 20KHz disebut u ltrasound ( u ltrasound), frekuensi umum kisarannya .adalah 10Hz-8KHz. u ltrasonik memiliki arah yang baik, kemampuan penetrasi yang kuat, mudah memperoleh energi suara yang terkonsentrasi, dan memiliki jarak yang jauh di dalam air. Dinamakan USG karena batas frekuensi bawahnya kira-kira sama dengan batas atas pendengaran manusia.

 

Distribusi frekuensi ultrasonik

Gelombang ultrasonik dapat merambat dalam gas, cairan, dan padatan dengan kecepatan berbeda. Bentuk gelombang gelombang ultrasonik yang merambat dalam suatu medium bergantung pada jenis gaya yang dapat ditahan oleh medium tersebut dan bagaimana cara membangkitkan gelombang ultrasonik pada medium tersebut.

 

Biasanya ada tiga jenis:

(1) Jenis gelombang memanjang

Ketika arah getaran partikel dalam medium konsisten dengan arah rambat gelombang ultrasonik, maka gelombang ultrasonik berada dalam mode gelombang longitudinal. Setiap media padat dapat menghasilkan gelombang longitudinal ketika volumenya berubah secara bergantian. Penerapannya di industri terutama mengadopsi osilasi longitudinal.

(2) Jenis gelombang geser

Bila arah getaran partikel dalam medium tegak lurus dengan arah rambat gelombang ultrasonik, maka gelombang ultrasonik tersebut merupakan gelombang transversal. Karena media padat dapat menahan deformasi geser selain deformasi volume, gelombang geser dapat dihasilkan ketika gaya geser bekerja secara bergantian pada media padat. Gelombang geser hanya dapat merambat pada media padat.

 

(3) Mode gelombang permukaan

Ini adalah gelombang dengan sifat ganda yaitu gelombang longitudinal dan gelombang transversal yang merambat sepanjang permukaan padat. Gelombang permukaan dapat dikatakan sebagai sintesis gelombang longitudinal yang sejajar permukaan dan gelombang transversal yang tegak lurus permukaan. Lintasan partikel yang bergetar berbentuk elips. Amplitudonya paling kuat pada kedalaman 1/4 panjang gelombang dari permukaan, dan amplitudonya melemah dengan cepat seiring bertambahnya kedalaman . Faktanya, amplitudo getaran partikel sudah sangat lemah bila jaraknya lebih dari satu panjang gelombang dari permukaan. Selain itu, gelombang ultrasonik juga memiliki fenomena refraksi dan refleksi, serta dilemahkan selama perambatannya. Ultrasonografi merambat di udara, dan frekuensinya rendah, umumnya puluhan KHz, sedangkan di  padat  dan cair, frekuensinya bisa lebih tinggi. Ia melemah lebih cepat di udara, namun merambat dalam cairan dan padatan dengan redaman lebih sedikit dan propagasi lebih jauh.

Memanfaatkan ciri-ciri sensor jangkauan ultrasonik , dapat dibuat menjadi berbagai sensor ultrasonik, digabungkan dengan sirkuit yang berbeda, dan dibuat menjadi berbagai alat dan perangkat pengukur ultrasonik, yang dapat digunakan untuk pengukuran jarak, pengukuran kecepatan, pembersihan, pengelasan, kerikil, sterilisasi, dll., dan dalam komunikasi, medis , peralatan rumah tangga, militer, industri, pertanian dan aspek lainnya banyak digunakan. Ada banyak metode yang dapat menghasilkan gelombang ultrasonik, yang umum digunakan adalah metode efek piezoelektrik, metode efek magnetostriktif, metode efek elektrostatik dan metode efek elektromagnetik. Ketika pulsa tegangan pendek diterapkan pada dua kutub wafer piezoelektrik, akibat efek piezoelektrik terbalik, wafer piezokeramik akan mengalami deformasi elastis dan menghasilkan osilasi elastis. Frekuensi osilasi berhubungan dengan ketebalan wafer dan kecepatan suara. Pemilihan ketebalan wafer dapat memperoleh gelombang elastis pada rentang frekuensi ultrasonik, yaitu gelombang ultrasonik. Yang dipancarkan dengan cara ini adalah paket gelombang ultrasonik yang biasa disebut gelombang pulsa.

 

jangkauan ultrasonik Transduser

pengukur jarak ultrasonik Sensor terutama digunakan pada radar pembalik mobil, robot berjalan menghindari rintangan otomatis, lokasi konstruksi dan beberapa lokasi industri seperti  ketinggian cairan, kedalaman sumur, panjang pipa, dan kesempatan lainnya. Saat ini ada dua transduser rentang ultrasonik yang umum digunakan, Satu adalah  rentang ultrasonik transduser  berdasarkan pada chip tunggal atau perangkat tertanam, dan yang lainnya adalah sistem rentang ultrasonik berdasarkan CPLD (Complex Programmable Logic Device). Beberapa skema digunakan dalam percobaan, dengan  menggunakan pemrograman perangkat tertanam untuk menghasilkan gelombang persegi dengan frekuensi  transduser 40KHz  yang diperkuat oleh rangkaian penggerak transmisi untuk membuat ujung transmisi sensor ultrasonik berosilasi dan memancarkan gelombang ultrasonik. Gelombang ultrasonik dipantulkan kembali oleh pemancar, diterima oleh ujung penerima sensor, kemudian diperkuat dan dibentuk oleh rangkaian penerima. jangkauan ultrasonik  Transduser  dengan inti mikro tertanam mencatat waktu emisi ultrasonik dan waktu gelombang yang dipantulkan melalui peralatan tertanam. Ketika gelombang pantulan gelombang ultrasonik diterima, terjadi lompatan pada ujung keluaran rangkaian penerima. Dengan menghitung pengatur waktu dan menghitung perbedaan waktu, jarak yang sesuai dapat dihitung.

 

Prinsip ultrasonik​ dering ​ transduser

Prinsip  transduser pengukuran jarak ultrasonik adalah menggunakan kecepatan rambat gelombang ultrasonik yang diketahui di udara untuk mengukur waktu yang diperlukan gelombang suara untuk menemui hambatan dan memantul kembali setelah dipancarkan, dan untuk menghitung jarak sebenarnya dari titik emisi ke hambatan berdasarkan perbedaan waktu antara emisi dan penerimaan. Pertama-tama, transduser pemancar ultrasonik memancarkan gelombang ultrasonik ke arah tertentu, dan memulai pengaturan waktu pada waktu yang sama dengan waktu emisi. Gelombang ultrasonik merambat di udara, dan segera kembali ketika menemui hambatan di jalan, dan penerima ultrasonik menghentikan waktu segera setelah menerima gelombang yang dipantulkan. Kecepatan rambat gelombang ultrasonik di udara adalah C=340m/s. Berdasarkan waktu T detik yang dicatat oleh pengatur waktu, maka dapat dihitung jarak L antara titik emisi dan rintangan, yaitu: L= C×T /2. Inilah yang disebut metode rentang perbedaan waktu. Karena suara ultras  juga merupakan sejenis gelombang suara, kecepatan suaranya C berhubungan dengan suhu. Tabel 1 mencantumkan kecepatan suara pada beberapa suhu berbeda. Dalam penggunaannya, jika suhu tidak banyak berubah, maka cepat rambat bunyi pada dasarnya dianggap konstan. Jika akurasi pengukuran jarak sangat tinggi, maka harus dikoreksi dengan kompensasi suhu.

 

Hubungan antara kecepatan gelombang ultrasonik dan suhu

Karena keunggulan emisi gelombang ultrasonik yang mudah diarahkan, arah yang baik, kontrol intensitas yang mudah, dan tidak perlu kontak langsung dengan objek yang diukur, ini adalah pilihan ideal untuk mengukur jarak mundur. USG merambat dalam garis lurus. Semakin tinggi frekuensinya, semakin lemah kemampuan difraksinya, namun semakin kuat pula kemampuan refleksinya. Karena itu, cetakan sensor ultrasonik dapat dibuat dengan menggunakan sifat gelombang ultrasonik ini. Selain itu, gelombang ultrasonik merambat perlahan di udara, sehingga penggunaan sensor ultrasonik menjadi sederhana. Sensor ultrasonik merupakan sensor yang dikembangkan dengan menggunakan karakteristik gelombang ultrasonik. Ultrasonografi adalah gelombang mekanis dengan frekuensi getaran lebih tinggi dari gelombang suara, yang dihasilkan oleh getaran chip transduser di bawah eksitasi tegangan. Ia memiliki frekuensi tinggi, panjang gelombang pendek, fenomena difraksi kecil, terutama arah yang baik, dan dapat diorientasikan sebagai karakteristik penyebaran sinar. USG memiliki kemampuan penetrasi yang besar terhadap cairan dan padatan, terutama pada padatan yang tidak tembus sinar matahari, dapat menembus hingga kedalaman puluhan meter. Gelombang ultrasonik akan menghasilkan pantulan yang signifikan ketika bertemu dengan pengotor atau antarmuka sehingga membentuk gema, dan ketika bertemu dengan benda bergerak, akan menghasilkan efek Doppler. Oleh karena itu, deteksi ultrasonik banyak digunakan dalam industri, pertahanan negara, biomedis, dll. u ltrasound digunakan sebagai metode deteksi, dan gelombang ultrasonik harus dihasilkan dan diterima. Perangkat yang menjalankan fungsi ini adalah sensor ultrasonik, yang biasa disebut transduser ultrasonik, atau probe ultrasonik.

 

Sensor ultrasonik terutama terdiri dari vibrator bimorf, pelat resonansi berbentuk kerucut, dan elektroda. Ketika tegangan tertentu diterapkan antara dua elektroda, maka piezoelektrik keramik wafer akan dikompresi untuk menghasilkan deformasi mekanis, dan wafer piezoelektrik akan kembali ke bentuk aslinya setelah tegangan dihilangkan. Jika tegangan diberikan antara dua kutub pada frekuensi tertentu, maka keramik piezoelektrik  juga akan bergetar pada frekuensi tertentu. Telah diuji bahwa frekuensi alami piezoelektrik jenis ini transduser  adalah 38,4 KHz, dan sinyal pulsa gelombang persegi dengan frekuensi  transduser 40 KHz  diterapkan pada kedua kutub. Pada saat ini, chip piezoelektrik beresonansi dan memancarkan gelombang ultrasonik. Dengan cara yang sama, sensor ultrasonik tanpa sinyal pulsa eksternal juga akan beresonansi ketika pelat resonansi menerima gelombang ultrasonik, dan sinyal listrik akan dihasilkan di antara kedua kutub. Probe ultrasonik terutama terdiri dari wafer piezoelektrik, yang dapat mengirimkan dan menerima gelombang ultrasonik. ultrasonik berdaya rendah Transduser sebagian besar digunakan untuk deteksi. Ia memiliki banyak struktur berbeda, yang dapat dibagi menjadi probe lurus (gelombang longitudinal), probe miring (gelombang geser), probe gelombang permukaan (gelombang permukaan), probe gelombang Lamb (gelombang Lamb), probe ganda (satu refleksi probe, satu penerimaan probe) tunggu.