Cos'è un sensore trasduttore a ultrasuoni?

ultrasuoniad  di distanza  Trasduttore ​s sono sensori sviluppati sfruttando le caratteristiche delle onde ultrasoniche. L'ultrasuono è un'onda meccanica con una frequenza di vibrazione maggiore rispetto alle onde sonore. È generato dalla vibrazione del chip del trasduttore sotto l'eccitazione della tensione. Ha alta frequenza, lunghezza d'onda corta, piccolo fenomeno di diffrazione, particolarmente buona direttività e può essere diretto nei raggi. Diffusione e altre caratteristiche. Gli ultrasuoni hanno una grande capacità di penetrare liquidi e solidi, soprattutto nei solidi opachi alla luce solare. Può penetrare fino a una profondità di decine di metri. Quando l'onda ultrasonica colpisce l'impurità o l'interfaccia, produrrà una riflessione significativa per formare un'eco e può produrre un effetto Doppler quando colpisce un oggetto in movimento. I sensori sviluppati sulla base delle caratteristiche ultrasoniche sono chiamati 'sensori ultrasonici' e sono ampiamente utilizzati nell'industria, nella difesa nazionale e nella biomedicina.

 

componente

La sonda ad ultrasuoni è composta principalmente da wafer piezoelettrici, che possono trasmettere e ricevere onde ultrasoniche. Per il rilevamento vengono utilizzate principalmente sonde a ultrasuoni a bassa potenza. Ha molte strutture diverse, che possono essere suddivise in sonda diritta (onda longitudinale), sonda obliqua (onda trasversale), sonda per onde superficiali (onda di superficie), sonda per onde di agnello (onda di agnello), sonda doppia (una sonda viene trasmessa, una sonda viene ricevuta) Aspetta.

 

Prestazione

Il nucleo della sonda a ultrasuoni è un chip sensore a ultrasuoni nel suo rivestimento in plastica o metallo. I materiali che compongono il wafer possono essere molteplici. Anche le dimensioni del wafer, come diametro e spessore, sono diverse, quindi le prestazioni di ciascuna sonda sono diverse, dobbiamo conoscerne le prestazioni prima dell'uso. I principali indicatori di prestazione dei sensori a ultrasuoni.

 

Frequenza di lavoro

La frequenza di lavoro è la frequenza di risonanza del wafer piezoelettrico. Quando la frequenza della tensione CA applicata alle sue due estremità è uguale alla frequenza di risonanza del chip, l'energia in uscita è massima e anche la sensibilità è elevata.

 

Temperatura operativa

Poiché il punto di Curie dei materiali piezoelettrici è generalmente relativamente alto, in particolare il sensore a ultrasuoni utilizzato per la diagnostica ha una bassa potenza, quindi la temperatura di lavoro è relativamente bassa e può funzionare a lungo senza guasti. La temperatura delle sonde ecografiche mediche è relativamente elevata e richiede apparecchiature di refrigerazione separate. La sensibilità dipende principalmente dal wafer di produzione stesso. Il coefficiente di accoppiamento elettromeccanico è elevato e la sensibilità è elevata; al contrario, la sensibilità è bassa. Il campo di rilevamento del sensore a ultrasuoni direzionale.

 

applicazione principale

La tecnologia di rilevamento a ultrasuoni viene applicata in diversi aspetti della pratica produttiva e le applicazioni mediche sono una delle principali applicazioni dei suoi sensori a ultrasuoni. Di seguito viene utilizzata la medicina come esempio per illustrare l'applicazione della tecnologia di rilevamento a ultrasuoni. L'applicazione degli ultrasuoni in medicina è principalmente per diagnosticare le malattie ed è diventata un metodo diagnostico indispensabile nella medicina clinica. I vantaggi della diagnosi ecografica sono: nessun dolore, nessun danno al soggetto esaminato, metodo semplice, immagini chiare, elevata precisione diagnostica, ecc. Pertanto, è facile da promuovere ed è accolta con favore dagli operatori sanitari e dai pazienti. La diagnosi ecografica può basarsi su diversi principi medici. Diamo un'occhiata a uno dei cosiddetti metodi di tipo A rappresentativi. Questo metodo utilizza la riflessione delle onde ultrasoniche. Quando le onde ultrasoniche si propagano nel tessuto umano e incontrano due interfacce multimediali con impedenze acustiche diverse, sull'interfaccia vengono generati echi riflessi. Ogni volta che si incontra una superficie riflettente, l'eco viene visualizzato sullo schermo dell'oscilloscopio e la differenza di impedenza tra le due interfacce determina anche l'ampiezza dell'eco. Nell'industria, le applicazioni tipiche degli ultrasuoni sono i controlli non distruttivi sui metalli e la misurazione dello spessore ad ultrasuoni. In passato molte tecnologie erano ostacolate dall'impossibilità di rilevare l'interno dei tessuti dell'oggetto. L’emergere della tecnologia di rilevamento a ultrasuoni ha cambiato questa situazione. Naturalmente, su diversi dispositivi vengono installati fissi più sensori a ultrasuoni per rilevare 'silenzioso' i segnali di cui le persone hanno bisogno. Nella futura applicazione dei sensori a ultrasuoni, gli ultrasuoni saranno combinati con la tecnologia dell'informazione e con la nuova tecnologia dei materiali e appariranno sensori a ultrasuoni più intelligenti e altamente sensibili.

 

Applicazione della tecnologia dei sensori di distanza ad ultrasuoni

Le onde ultrasoniche hanno una grande capacità di penetrare nei liquidi e nei solidi, soprattutto nei solidi opachi, dove possono penetrare fino a una profondità di decine di metri. Quando l'onda ultrasonica colpisce l'impurità o l'interfaccia, produrrà una riflessione significativa per formare un'eco e può produrre un effetto Doppler quando colpisce un oggetto in movimento. Pertanto, i test a ultrasuoni sono ampiamente utilizzati nell'industria, nella difesa nazionale, nella biomedicina, ecc. I sensori di distanza a ultrasuoni possono essere ampiamente utilizzati nel monitoraggio del livello (livello del liquido), nell'anticollisione dei robot, in vari interruttori di prossimità a ultrasuoni e negli allarmi antifurto e in altri campi correlati. Sono affidabili nel lavoro, facili da installare, impermeabili, angolo di lancio ridotto, alta sensibilità, è conveniente connettersi con strumenti di visualizzazione industriali e vengono fornite anche sonde con angoli di lancio più ampi.

 

1. Il sensore a ultrasuoni può rilevare lo stato del contenitore. Quando il sensore a ultrasuoni è installato sulla parte superiore del serbatoio di fusione in plastica o nella camera dei pellet di plastica, quando le onde sonore vengono emesse nel contenitore, lo stato del contenitore può essere analizzato di conseguenza, ad esempio pieno, vuoto o mezzo pieno.

2. I sensori a ultrasuoni possono essere utilizzati per rilevare oggetti trasparenti, liquidi, materiali densi con superfici ruvide, lisce e leggere e oggetti irregolari. Ma non è adatto per ambienti esterni, caldi o serbatoi a pressione e oggetti in schiuma.

3. I sensori a ultrasuoni possono essere utilizzati negli impianti di lavorazione alimentare per realizzare un sistema di controllo a circuito chiuso per il rilevamento degli imballaggi in plastica. Con la nuova tecnologia, è in grado di rilevare l'anello umido, come la lavatrice delle bottiglie, l'ambiente rumoroso e l'ambiente con sbalzi di temperatura estremi.

4. I sensori a ultrasuoni possono essere utilizzati per rilevare il livello del liquido, rilevare oggetti e materiali trasparenti, controllare la tensione e misurare le distanze, principalmente per l'imballaggio, la produzione di bottiglie, la movimentazione dei materiali, l'ispezione del carbone, la lavorazione della plastica e l'industria automobilistica. I sensori a ultrasuoni possono essere utilizzati per il monitoraggio del processo per migliorare la qualità del prodotto, rilevare difetti, determinarne la presenza e altri aspetti.

Utilizzando la tecnologia dei sensori a ultrasuoni per prevenire il pedale sbagliato, Nissan ha sviluppato una funzione per impedire al veicolo di accelerare premendo accidentalmente l'acceleratore quando si sta per premere il freno. Quando si utilizzano telecamere e sensori a ultrasuoni per dedurre la situazione di 'parcheggio in un parcheggio', se il conducente preme l'acceleratore, forzerà i freni. Si prevede che questa tecnologia verrà messa in pratica entro 2 o 3 anni. La tecnologia dei sensori a ultrasuoni è stata sviluppata per prevenire gli incidenti causati dall'utilizzo sbagliato del freno e dell'acceleratore durante la sosta in un parcheggio. La tecnologia è realizzata utilizzando quattro telecamere dotate di una nella parte anteriore, posteriore, sinistra e destra del veicolo e otto sensori a ultrasuoni nel paraurti anteriore e nel paraurti posteriore. Le quattro telecamere continuano a utilizzare la telecamera 'surround view display' che mostra la vista dall'alto dei dintorni del veicolo. Utilizza la fotocamera per riconoscere le linee bianche per dedurre che l'auto si trova nel parcheggio e utilizza il sensore a ultrasuoni per misurare la distanza tra l'auto e gli ostacoli circostanti per determinare il momento della frenata. La prevenzione degli incidenti causati dall'utilizzo sbagliato del freno e dell'acceleratore avviene in due fasi. Quando l'autista vuole fermarsi nel parcheggio, se preme l'acceleratore, riduce prima la velocità a quella lenta, utilizza l'icona sul cruscotto per segnalare il pericolo e attiva un allarme. Se il conducente continua a premere l'acceleratore e sta per sbattere contro un muro o altri oggetti, il freno verrà forzato. Il momento della frenata è * L'auto può fermarsi quando si trova a circa 20-30 cm dall'ostacolo.

 

principio di funzionamento

Le persone possono sentire il suono prodotto dalla vibrazione dell'oggetto e la sua frequenza è compresa nell'intervallo del sensore a ultrasuoni 20HZ-20KHZ, più di 20KHZ è chiamato ultrasonico e sotto 20HZ è chiamato infrasuono. La frequenza ultrasonica comunemente utilizzata varia da decine di KHZ a decine di MHZ. Gli ultrasuoni sono una sorta di oscillazione meccanica in un mezzo elastico, che ha due forme: oscillazione trasversale (onda trasversale) e oscillazione longitudinale (onda longitudinale). L'applicazione nell'industria adotta principalmente l'oscillazione longitudinale. Le onde ultrasoniche possono propagarsi nei gas, nei liquidi e nei solidi e le loro velocità di propagazione sono diverse. Inoltre presenta anche fenomeni di rifrazione e riflessione e di attenuazione durante la propagazione. La frequenza delle onde ultrasoniche che si propagano nell'aria è bassa, generalmente decine di KHZ, mentre nei solidi e nei liquidi la frequenza può essere più elevata. L'attenuazione è più veloce nell'aria, mentre si diffonde nei liquidi e nei solidi, l'attenuazione è piccola e la diffusione è più lunga. Utilizzando le caratteristiche degli ultrasuoni, possono essere trasformati in vari sensori a ultrasuoni, dotati di diversi circuiti e trasformati in vari strumenti e dispositivi di misurazione a ultrasuoni e sono ampiamente utilizzati nella comunicazione, negli apparecchi medici e in altri aspetti.

 

I materiali principali Sensore trasduttore ad ultrasuoni sono il cristallo piezoelettrico (elettrostrizione) e la lega di nichel-ferro-alluminio (magnetostrizione). I materiali elettrostrittivi includono zirconato titanato di piombo (PZT) e così via. Il sensore ad ultrasuoni composto da cristallo piezoelettrico è un sensore reversibile. Può convertire l'energia elettrica in oscillazione meccanica per generare onde ultrasoniche. Allo stesso tempo, quando riceve onde ultrasoniche, può anche essere convertito in energia elettrica, quindi può essere diviso in trasmettitori o ricevitori. Alcuni sensori a ultrasuoni possono essere utilizzati sia per l'invio che per la ricezione. Qui vengono introdotti solo piccoli sensori a ultrasuoni. C'è una leggera differenza tra inviare e ricevere. È adatto per la trasmissione nell'aria e la frequenza di lavoro è generalmente 23-25 ​​KHZ e 40-45 KHZ. Questo tipo di sensore è adatto per sensori a distanza e a ultrasuoni, antifurto e altri scopi. Ci sono T/R-40-60, T/R-40-12, ecc. (dove T significa invio, R significa ricezione, 40 significa che la frequenza è 40 KHZ, 16 e 12 indicano il suo diametro esterno, in millimetri). È presente anche un sensore ad ultrasuoni sigillato (tipo MA40EI). La sua caratteristica è che è impermeabile (ma non può essere messo in acqua), può essere utilizzato come livello di materiale e interruttore di prossimità e le sue prestazioni sono migliori. Esistono tre tipi base di applicazioni a ultrasuoni, il tipo di trasmissione viene utilizzato per il controllo remoto, l'allarme antifurto, la porta automatica, l'interruttore di prossimità, ecc.; il tipo a riflessione separata viene utilizzato per la misurazione della distanza, del livello del liquido o del livello del materiale; il tipo a riflessione viene utilizzato per il rilevamento di difetti del materiale, la misurazione dello spessore, ecc.

 

È composto da sensore di invio (o trasmettitore di onde), sensore di ricezione (o ricevitore di onde), parte di controllo e parte di alimentazione. Il sensore trasmettitore è composto da un trasmettitore e da un trasduttore vibratore ceramico con un diametro di circa 15 mm. La funzione del trasduttore è convertire l'energia di vibrazione elettrica del vibratore ceramico in super energia e irradiarla nell'aria; mentre il sensore ricevente è composto da a Composto Trasduttore ultrasonico piezoelettrico .da un circuito amplificatore, il trasduttore riceve l'onda per produrre la vibrazione meccanica, la converte in energia elettrica, come uscita del sensore ricevitore, in modo da rilevare la super trasmessa. Nell'uso pratico è possibile utilizzare anche il vibratore ceramico utilizzato come sensore di trasmissione. Utilizzato come vibratore ceramico per l'azienda di sensori del ricevitore. La parte di controllo controlla principalmente la frequenza della catena di impulsi, il ciclo di lavoro, la modulazione e il conteggio sparsi e la distanza di rilevamento inviata dal trasmettitore.

 

Programma di lavoro

Se una tensione ad alta frequenza di 40 KHz viene applicata al foglio di ceramica piezoelettrico (sensore a ultrasuoni con vibratore a doppio cristallo) con una frequenza di risonanza di 40 KHz nel sensore trasmittente, il foglio di ceramica piezoelettrico si espanderà e si contrarrà in base alla polarità della tensione ad alta frequenza applicata, quindi trasmetterà la frequenza di 40 KHz L'onda ultrasonica viene trasmessa sotto forma di densità e densità (il grado di densità può essere modulato dal circuito di controllo) e viene trasmessa a il ricevitore d'onda. Il ricevitore utilizza il principio dell'effetto piezoelettrico utilizzato dal sensore di pressione, ovvero applicando pressione sull'elemento piezoelettrico per provocare la tensione dell'elemento piezoelettrico, quindi un seno da 40 KHz con un polo '+' su un lato e un polo '-' sull'altro lato. Tensione. Poiché l'ampiezza della tensione ad alta frequenza è piccola, deve essere amplificata. I sensori a ultrasuoni consentono al conducente di effettuare la retromarcia in sicurezza. Il principio è quello di rilevare eventuali ostacoli sul o nelle vicinanze del percorso secondario e di emettere un avvertimento in tempo. Il sistema di rilevamento progettato può fornire contemporaneamente avvisi acustici e visivi sia sonori che luminosi. L'avviso indica che vengono rilevate la distanza e la direzione degli ostacoli nella zona cieca. In questo modo, sia che si parcheggi o si guidi in uno spazio ristretto, con l'aiuto del sistema di rilevamento dell'allarme di ostacolo in retromarcia, la pressione psicologica del conducente verrà ridotta e il conducente potrà intraprendere facilmente le azioni necessarie.

 

Modalità operativa

Il sensore a ultrasuoni utilizza il mezzo delle onde acustiche per eseguire il rilevamento senza contatto e senza usura dell'oggetto rilevato. Sensore ad ultrasuoni. I sensori a ultrasuoni possono rilevare oggetti trasparenti o colorati, oggetti metallici e non metallici, sostanze solide, liquide e polverose. Le sue prestazioni di rilevamento non sono praticamente influenzate dalle condizioni ambientali, inclusi ambienti con fumo e polvere e giorni di pioggia.