Apa itu sensor transduser ultrasonik

Sensor transduser ultrasonik dikembangkan menggunakan karakteristik gelombang ultrasonik. Ultrasonik merupakan gelombang mekanik dengan frekuensi getaran yang lebih tinggi dibandingkan gelombang suara. Hal ini 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 diarahkan ke sinar. Diseminasi dan karakteristik lainnya. Gelombang ultrasonik memiliki kemampuan yang besar dalam menembus cairan dan padatan, terutama pada padatan yang buram terhadap sinar matahari. Bisa menembus hingga kedalaman puluhan meter. Gelombang ultrasonik yang mengenai pengotor atau antarmuka akan menghasilkan pantulan yang signifikan hingga membentuk gema, dan dapat menghasilkan efek Doppler bila mengenai benda bergerak. Sensor yang dikembangkan berdasarkan karakteristik ultrasonik disebut 'sensor ultrasonik' dan banyak digunakan dalam industri, pertahanan nasional, dan biomedis.

komponen

Transduser ultrasonik terutama terdiri dari wafer piezoelektrik, transduser jangkauan ultrasonik dapat mengirim dan menerima gelombang ultrasonik. Probe ultrasonik berdaya rendah sebagian besar digunakan untuk deteksi. Ia memiliki banyak struktur berbeda, yang dapat dibagi menjadi probe lurus (gelombang longitudinal), probe miring (gelombang transversal), probe gelombang permukaan (gelombang permukaan), probe gelombang Lamb (gelombang Lamb), probe ganda (satu probe ditransmisikan, satu probe diterima) Tunggu.

Pertunjukan

Inti dari probe ultrasonik adalah a chip sensor ultrasonik piezoelektrik dalam jaket plastik atau logamnya. Bahan pembuat wafer bisa bermacam-macam. Ukuran wafer seperti diameter dan ketebalannya juga berbeda-beda, sehingga performa masing-masing probe berbeda-beda, kita harus mengetahui performanya sebelum digunakan. Indikator kinerja utama sensor ultrasonik meliputi:

frekuensi kerja

Frekuensi kerja adalah frekuensi resonansi wafer piezoelektrik. Ketika frekuensi tegangan AC yang diterapkan pada kedua ujungnya sama dengan frekuensi resonansi chip, energi keluaran akan menjadi yang tertinggi, dan sensitivitasnya akan menjadi yang tertinggi.

Suhu pengoperasian

Karena titik Curie bahan piezoelektrik umumnya relatif tinggi, terutama untuk probe ultrasonik untuk diagnosis

Sensor ultrasonik

Dayanya kecil, sehingga suhu kerjanya relatif rendah, dan dapat bekerja dalam waktu lama tanpa kegagalan. Suhu probe USG medis relatif tinggi dan memerlukan peralatan pendingin terpisah.

Kepekaan

Terutama bergantung pada pembuatan wafer itu sendiri. Koefisien kopling elektromekanisnya besar dan sensitivitasnya tinggi; sebaliknya, sensitivitasnya rendah.

Direktivitas

Jangkauan deteksi sensor ultrasonik

aplikasi utama

Teknologi penginderaan ultrasonik diterapkan dalam berbagai aspek praktik produksi, dan aplikasi medis adalah salah satu aplikasi utama sensor ultrasonik, berikut ini penggunaan kedokteran sebagai contoh untuk menggambarkan penerapan teknologi penginderaan ultrasonik. Penerapan transduser ultrasonik piezoelektrik dalam pengobatan terutama untuk mendiagnosis penyakit, dan telah menjadi metode diagnostik yang sangat diperlukan dalam pengobatan klinis. Keuntungan dari diagnosis USG adalah: tidak menimbulkan rasa sakit, tidak menimbulkan kerusakan pada orang yang diperiksa, metode yang sederhana, pencitraan yang jelas, akurasi diagnostik yang tinggi, dll. Oleh karena itu, mudah untuk dipromosikan dan diterima oleh pekerja medis dan pasien. Diagnosis USG dapat didasarkan pada prinsip medis yang berbeda. Mari kita lihat salah satu perwakilan yang disebut metode tipe-A. Metode ini menggunakan pantulan gelombang ultrasonik. Ketika gelombang ultrasonik merambat di jaringan manusia dan bertemu dengan dua antarmuka media dengan impedansi akustik yang berbeda, gema yang dipantulkan dihasilkan pada antarmuka tersebut. Setiap kali permukaan pantulan ditemui, gema ditampilkan pada layar osiloskop, dan perbedaan impedansi antara kedua antarmuka juga menentukan amplitudo gema. Dalam industri, aplikasi khas ultrasonik adalah pengujian logam non-destruktif dan pengukuran ketebalan ultrasonik. Dulu, banyak teknologi yang terhambat karena tidak mampu mendeteksi bagian dalam jaringan suatu benda. Munculnya teknologi penginderaan ultrasonik mengubah situasi ini. Tentu saja, lebih banyak sensor ultrasonik dipasang secara tetap pada perangkat yang berbeda untuk “secara diam-diam” mendeteksi sinyal yang dibutuhkan manusia. Dalam penerapan sensor ultrasonik di masa depan, USG akan dikombinasikan dengan teknologi informasi dan teknologi material baru, sehingga akan muncul sensor ultrasonik yang lebih cerdas dan sangat sensitif.

Penerapan teknologi sensor jarak ultrasonik 

Gelombang ultrasonik mempunyai kemampuan yang besar dalam menembus cairan dan padatan, terutama pada padatan buram, dimana mampu menembus hingga kedalaman puluhan meter. Gelombang ultrasonik yang mengenai pengotor atau antarmuka akan menghasilkan pantulan yang signifikan hingga membentuk gema, dan dapat menghasilkan efek doppler bila mengenai benda bergerak. Oleh karena itu, pengujian ultrasonik banyak digunakan dalam industri, pertahanan negara, biomedis, dll. Sensor jarak ultrasonik dapat digunakan secara luas dalam pemantauan level (tingkat cairan), anti-tabrakan robot, berbagai sakelar kedekatan ultrasonik, dan alarm anti-pencurian dan bidang terkait lainnya. Mereka dapat diandalkan dalam pekerjaan, mudah dipasang, tahan air, sudut peluncuran kecil, sensitivitas tinggi, Lebih mudah untuk terhubung dengan instrumen tampilan industri, dan probe dengan sudut peluncuran lebih besar juga disediakan.

Aplikasi konkrit

1. Sensor ultrasonik dapat mendeteksi status wadah. Ketika sensor ultrasonik dipasang di bagian atas tangki lelehan plastik atau ruang pelet plastik, ketika gelombang suara dipancarkan ke dalam wadah, status wadah dapat dianalisis, seperti penuh, kosong, atau setengah penuh.

2. Sensor ultrasonik dapat digunakan untuk mendeteksi benda transparan, cairan, bahan padat apa pun dengan permukaan kasar, halus dan ringan, serta benda tidak beraturan. Tapi ini tidak cocok untuk luar ruangan, lingkungan panas atau tangki bertekanan dan benda busa.

3. Sensor ultrasonik dapat digunakan di pabrik pengolahan makanan untuk mewujudkan sistem kontrol loop tertutup untuk deteksi kemasan plastik. Dengan teknologi baru, dapat mendeteksi di lingkungan yang lembab, seperti mesin cuci botol, lingkungan yang bising, dan lingkungan dengan perubahan suhu yang ekstrim.

4. Sensor ultrasonik dapat digunakan untuk mendeteksi ketinggian cairan, mendeteksi benda dan bahan transparan, mengontrol tegangan dan mengukur jarak, terutama untuk pengemasan, pembuatan botol, penanganan material, inspeksi batubara, pemrosesan plastik, dan industri otomotif. Sensor ultrasonik dapat digunakan untuk pemantauan proses guna meningkatkan kualitas produk, mendeteksi cacat, menentukan keberadaan dan aspek lainnya. Menggunakan teknologi sensor ultrasonik untuk mencegah kesalahan mengayuh. Nissan telah mengembangkan fungsi untuk mencegah kendaraan melaju dengan tidak sengaja menginjak pedal gas saat hendak menginjak rem. Saat menggunakan kamera dan sensor ultrasonik untuk menyimpulkan situasi 'parkir di tempat parkir', jika Pengemudi akan menginjak rem secara paksa saat menginjak pedal gas. Teknologi ini dijadwalkan akan mulai digunakan secara praktis dalam waktu 2 hingga 3 tahun. Teknologi sensor ultrasonik dikembangkan untuk mencegah kecelakaan akibat salah menginjak rem dan akselerator saat parkir di tempat parkir.

Teknologi tersebut diwujudkan dengan menggunakan empat kamera yang dilengkapi satu kamera di depan, belakang, kiri, dan kanan kendaraan, serta delapan sensor ultrasonik di bemper depan dan bemper belakang. Keempat kamera tersebut menggunakan kamera 'surround view display' yang menampilkan pemandangan sekitar kendaraan dari atas. Gunakan kamera untuk mengenali garis putih untuk menyimpulkan bahwa mobil berada di tempat parkir, dan gunakan sensor ultrasonik untuk mengukur jarak antara mobil dan rintangan di sekitarnya untuk menentukan waktu pengereman. Pencegahan kecelakaan akibat salah menginjak rem dan pedal gas dilakukan dalam dua langkah. Ketika pengemudi ingin berhenti di tempat parkir, jika menginjak pedal gas, ia terlebih dahulu mengurangi kecepatan menjadi kecepatan merayap, menggunakan ikon di dasbor untuk menunjukkan bahaya, dan membunyikan alarm. Jika pengemudi terus menginjak pedal gas dan hendak menabrak tembok atau benda lain, maka rem akan dipaksakan. Waktu pengereman. Mobil dapat berhenti bila jaraknya sekitar 20 sampai 30 cm dari rintangan.

Prinsip kerja

Orang dapat mendengar suara yang dihasilkan oleh getaran suatu benda, dan frekuensinya berada dalam kisaran sensor ultrasonik 20HZ-20KHZ, lebih dari 20KHZ disebut ultrasonik, dan di bawah 20HZ disebut infrasonik. Frekuensi ultrasonik yang umum digunakan berkisar antara puluhan KHZ hingga puluhan MHZ. Ultrasonografi merupakan salah satu jenis osilasi mekanis dalam medium elastis yang mempunyai dua bentuk yaitu osilasi transversal (gelombang transversal) dan osilasi longitudinal (gelombang longitudinal). Penerapannya di industri terutama mengadopsi osilasi longitudinal. Gelombang ultrasonik dapat merambat dalam gas, cairan, dan padatan, dan kecepatan rambatnya berbeda-beda. Selain itu juga terdapat fenomena refraksi dan refleksi, serta redaman pada saat propagasi. Frekuensi rambat gelombang ultrasonik di udara rendah, umumnya puluhan KHZ, sedangkan pada benda padat dan cair frekuensinya bisa lebih tinggi. Redamannya lebih cepat di udara, sedangkan di cairan dan padatan menyebar, redamannya kecil, dan penyebarannya lebih lama. Memanfaatkan karakteristik gelombang ultrasonik, dapat dibuat menjadi berbagai sensor ultrasonik, dilengkapi dengan sirkuit yang berbeda, dan dibuat menjadi berbagai alat dan perangkat ukur ultrasonik, dan banyak digunakan dalam komunikasi, peralatan medis dan aspek lainnya.

Bahan utama dari Sensor transduser jarak ultrasonik adalah kristal piezoelektrik (elektrostriksi) dan paduan nikel-besi-aluminium (magnetostriksi). Bahan elektrostriktif antara lain timbal zirkonat titanat (PZT) dan sebagainya. Sensor ultrasonik yang tersusun dari kristal piezoelektrik merupakan sensor reversibel. Itu dapat mengubah energi listrik menjadi osilasi mekanis untuk menghasilkan gelombang ultrasonik. Pada saat yang sama, ketika menerima gelombang ultrasonik, ia juga dapat diubah menjadi energi listrik, sehingga dapat dibagi menjadi pemancar atau penerima. Beberapa sensor ultrasonik dapat digunakan untuk mengirim dan menerima. Hanya sensor ultrasonik kecil yang diperkenalkan di sini. Ada sedikit perbedaan antara mengirim dan menerima. Sangat cocok untuk transmisi di udara, dan frekuensi kerja umumnya 23-25KHZ dan 40-45KHZ. Sensor ultrasonik jenis ini cocok untuk jangkauan, kontrol sensor ultrasonik, anti maling dan keperluan lainnya. Ada T/R-40-60, T/R-40-12, dan seterusnya (T berarti mengirim, R berarti menerima, 40 berarti frekuensi 40KHZ, 16 dan 12 berarti diameter luarnya, dalam milimeter). Ada juga sensor ultrasonik yang disegel. Ciri khasnya adalah tahan air (tetapi tidak dapat dimasukkan ke dalam air), dapat digunakan sebagai saklar level dan jarak material, dan kinerjanya lebih baik. Ada tiga tipe dasar aplikasi ultrasonik, tipe transmisi digunakan untuk kendali jarak jauh, alarm anti maling, pintu otomatis, sakelar jarak, tipe refleksi terpisah digunakan untuk pengukuran jarak, level cairan atau level material; tipe refleksi digunakan untuk deteksi cacat material, pengukuran ketebalan, dll. Ini terdiri dari sensor pengirim (atau pemancar gelombang), sensor penerima (atau penerima gelombang), bagian kontrol dan bagian catu daya. Sensor pemancar terdiri dari pemancar dan transduser vibrator keramik dengan diameter sekitar 15mm. Fungsi transduser adalah mengubah energi getaran listrik vibrator keramik menjadi energi super dan memancar ke udara; sedangkan sensor penerima terdiri dari transduser vibrator keramik. Disusun dengan rangkaian penguat, transduser menerima gelombang untuk menghasilkan getaran mekanis, mengubahnya menjadi energi listrik, sebagai keluaran dari penerima sensor, sehingga dapat mendeteksi super yang ditransmisikan. Dalam penggunaan sebenarnya, vibrator keramik yang digunakan sebagai sensor transmisi juga dapat digunakan. Digunakan sebagai vibrator keramik untuk perusahaan sensor penerima. Bagian kontrol terutama mengontrol frekuensi rantai pulsa, siklus kerja, modulasi dan penghitungan jarang, dan jarak deteksi yang dikirim oleh pemancar.

Program kerja

Jika Anda mengirim kristal keramik piezoelektrik (osilator kristal ganda) dengan frekuensi resonansi 40KHz ke dalam sensor. Sensor ultrasonik menerapkan tegangan frekuensi tinggi 40KHz, dan lembaran keramik piezoelektrik mengembang dan berkontraksi sesuai dengan polaritas tegangan frekuensi tinggi yang diterapkan, dan kemudian mengirimkan gelombang ultrasonik frekuensi 40KHz, yang merambat dalam bentuk kerapatan (tingkat kerapatan dapat dimodulasi oleh rangkaian kontrol), dan meneruskannya ke penerima gelombang. Penerima menggunakan prinsip efek piezoelektrik yang digunakan oleh sensor tekanan, yaitu memberikan tekanan pada elemen piezoelektrik sehingga menyebabkan elemen piezoelektrik tegang, kemudian sinus 40KHz dengan kutub '+' di satu sisi dan kutub '-' di sisi lain Tegangan. Karena amplitudo tegangan frekuensi tinggi kecil, maka harus diperkuat. Sensor ultrasonik memungkinkan pengemudi melakukan cadangan dengan aman. Prinsipnya adalah mendeteksi hambatan apa pun di atau dekat jalur belakang dan mengeluarkan peringatan tepat waktu. Deteksi transduser jarak ultrasonik yang dirancang dapat memberikan peringatan suara dan visual pada saat yang bersamaan. Peringatan tersebut menunjukkan bahwa jarak dan arah rintangan di zona buta terdeteksi. Dengan cara ini, baik saat parkir atau mengemudi di tempat sempit, dengan bantuan sistem deteksi alarm rintangan mundur, tekanan psikologis pengemudi akan berkurang, dan pengemudi dapat mengambil tindakan yang diperlukan dengan mudah.

Modus operasi

Sensor ultrasonik menggunakan media gelombang akustik ultrasonik untuk melakukan deteksi objek yang terdeteksi tanpa kontak dan bebas aus. Sensor ultrasonik dapat mendeteksi benda transparan atau berwarna, benda logam atau non logam, zat padat, cair, dan tepung. Kinerja deteksinya hampir tidak terpengaruh oleh kondisi lingkungan apa pun, termasuk lingkungan asap dan debu serta hari hujan.