超音波トランスデューサセンサーの関連知識

基本的な紹介:

超音波振動子センサーは、超音波の特性を利用して開発されています。高周波、短波長、回折現象が少なく、特に指向性が良く、光線となって指向性を持って伝播するという特徴を持っています。超音波は液体や固体を透過する優れた能力を持っています。超音波は、不純物や界面に遭遇すると大きな反射を引き起こしてエコーを形成し、移動する物体に遭遇するとドップラー効果を引き起こす可能性があります。したがって、超音波検査は産業、国防、生物医学などで広く使用されています。超音波を検出方法として使用するには、超音波を発生および受信する必要があります。この機能を実現するデバイスが超音波センサーであり、慣用的に超音波トランスデューサーまたは超音波プローブと呼ばれます。

 成分：

音響波プローブは主に圧電ウエハで構成されており、超音波を送受信することができます。低出力の超音波プローブは主に検出に使用されます。さまざまな構造があり、直線プローブ (縦波)、斜めプローブ (横波)、表面波プローブ (表面波)、プローブ (ラム波)、デュアル プローブ (1 つのプローブの反射、1 つのプローブの受信) などに分けることができます。

動作原理:

物体の振動は20KHZの範囲にあるため、人が音を聞くことができます。20KHZ以上は超音波、20HZ未満は超低周波と呼ばれます。 

超音波は弾性媒体における一種の機械振動であり、横振動（横波）と縦振動（縦波）の 2 つの形式があります。産業界での応用では主に縦振動が採用されています。超音波は気体、液体、固体の中を伝播することができ、その伝播速度は異なります。さらに、屈折や反射現象、伝播時の減衰などもあります。超音波の周波数 非接触超音波レベルメーター は空気中で伝播する周波数が低く、通常は数十 KHZ ですが、固体や液体中では周波数が高くなることがあります。空気中では減衰が早く、液体や固体中では減衰が小さく、広がりが長くなります。超音波の特性を利用して、各種超音波センサーや各種回路を搭載した各種超音波測定器・装置などに利用され、通信や医療機器などに幅広く利用されています。

主な材料は、 200KHz超音波トランスデューサ は圧電結晶（電歪）とニッケル・鉄・アルミニウム合金（磁歪）です。電歪材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などが挙げられる。超音波センサーは圧電結晶で構成された可逆センサーです。電気エネルギーを機械振動に変換して超音波を発生させることができます。同時に超音波を受信すると電気エネルギーに変換することもできるため、送信機と受信機に分けることができます。超音波センサーの中には、送信と受信の両方ができるものもあります。ここでは小型超音波センサーのみを紹介します。送信と受信では若干の違いがあります。空中での送信に適しており、動作周波数は一般的に 23 ～ 25KHZ および 40 ～ 45KHZ です。このタイプの超音波センサーは、測距、遠隔制御、盗難防止などの目的に適しています。 T/R-40-60、T/R-40-12などがあります（Tは送信、Rは受信、40は周波数が40KHZ、16と12は外径をミリメートルで表します）。密閉型超音波センサ（MA40EI型）もあります。防水（水中では不可）であるのが特徴で、材料レベルや近接スイッチとして使用できます。その性能はより優れています。超音波の用途には基本的に 3 つのタイプがあり、送信タイプはリモコン、盗難防止アラーム、自動ドア、近接スイッチなどに使用されます。分離反射型は距離測定、液面または物質レベルの測定に使用されます。反射式は材料の探傷や厚み測定などに使用されます。送信センサー（または送波器）、受信センサー（または受波器）、制御部、電源部から構成されます。送信センサーは送信機と直径約15mmのセラミック振動子トランスデューサーで構成されます。トランスデューサの機能は、セラミック振動子の電気振動エネルギーを超エネルギーに変換し、空気中に放射することです。受信センサーは増幅回路を備えたセラミック振動子トランスデューサーで構成されており、トランスデューサーは波を受信して​​機械的振動を生成し、それを電気エネルギーに変換します。この電気エネルギーは、超音波センサー受信機の出力として使用され、送信超音波を検出します。実際の使用においては、送信センサとして使用されるセラミック振動子も使用可能です。受信センサーのセラミック振動子として使用されます。制御部は主に、パルスチェーン周波数、デューティサイクル、スパース変調、カウント、送信機から送信される検出距離を制御します。

作業プログラム

送信センサーの共振周波数40KHzの圧電セラミックスシート（デュアル水晶振動子）に40KHzの高周波電圧を印加すると、印加された高周波電圧の極性に応じて圧電セラミックスシートが伸縮し、40KHzの超音波を発信します。 真鍮素材の超音波トランスデューサーは 密度の形で伝播し（密度の程度は制御回路によって調整できます）、受波器に送信されます。受信機は、圧力センサーで使用される圧電効果の原理を使用します。つまり、圧電素子に圧力を加えて圧電素子に歪みを生じさせ、一方の側に「+」極、もう一方の側に「-」極を持つ 40KHz の正弦波を加えます。高周波電圧は振幅が小さいため、増幅する必要があります。超音波センサーにより、ドライバーは安全にバックすることができます。原則は、後退路上またはその近くにある障害物を検出し、適時に警告を発することです。設計された検出システムは、聴覚と視覚の両方の警告を同時に提供できます。警告は、死角内の障害物の距離と方向が検出されたことを示します。このように、駐車時や狭い場所での走行時でも、後退障害物警報システムによりドライバーの心理的プレッシャーが軽減され、ドライバーは安心して必要な行動を取ることができます。

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使用時の注意点:

1. 信頼性と長寿命を確保するため、屋外や定格温度を超える温度のかかる場所では使用しないでください。

2.超音波センサは伝送媒体として空気を使用しているため、局所的な温度が異なると境界での反射や屈折により誤動作を起こす可能性があり、風が吹くと検出距離も変化します。したがって、超音波センサーは強制換気装置などの機器の隣で使用しないでください。

3. エアノズルからの噴流は複数の周波数を持っているため、超音波センサーに影響を与えるため、センサーの近くで使用しないでください。

4. センサー表面に水滴が付くと検出距離が短くなります。

5. 粉や綿糸などは音を吸収するため検知できません（反射型センサー）。

6. 超音波センサは真空領域または防爆領域で使用できます。

7. 超音波センサーを蒸気のある場所で使用しないでください。この地域の雰囲気は不均一です。温度勾配が発生し、測定誤差の原因となります。