超音波距離測定トランスデューサ

の頻度は、 人間が聞くことができる超音波トランスデューサーセンサー は20Hz〜2KHz、つまり可聴音波です。この周波数範囲を超えた音、 20Hz以下の 超音波は低周波音波と呼ばれ、 20KHz以上の 超音波はと呼ばれ 超音波（ウルトラサウンド）、一般的な周波数の範囲 .は10Hz～8KHzです。 超音波は指向性が良く、透過力が強く、集中した音エネルギーが得られやすく、水中での到達距離 が 長い。超音波は、その周波数の下限が人間の聴覚の上限にほぼ等しいことから名付けられました。

 

超音波周波数分布

超音波は、気体、液体、固体中をさまざまな速度で伝播します。媒質中を伝播する超音波の波形は、媒質がどのような力に耐えられるか、また媒質に超音波をどのように励振するかによって決まります。

 

通常、次の 3 つのタイプがあります。

(1)縦波型

媒質中の粒子の振動方向と超音波の伝播方向が一致している場合、超音波は縦波モードになります。固体媒体は、その体積が交互に変化すると縦波を生成する可能性があります。産業用途では主に縦振動が採用されています。

(2) せん断波型

媒質中の粒子の振動方向が超音波の伝播方向と直交する場合、超音波は横波となる。固体媒体は体積変形に加えてせん断変形にも耐えられるため、固体媒体にせん断力が交互に作用するとせん断波が発生します。せん断波は固体媒体内でのみ伝播し ます 。

 

(3) 表面波モード

固体表面に沿って伝播する縦波と横波の二つの性質を持った波です。表面波は、表面に平行な縦波と表面に垂直な横波の合成とみなすことができます。振動粒子の軌道は楕円になります。振幅は表面から1/4波長の深さで最も強くなり、深さが増すにつれて急速に減衰します。実際、粒子の振動の振幅は、表面から 1 波長以上離れるとすでに非常に弱くなります。また、超音波にも屈折や反射現象があり、 。 伝播中に減衰します超音波は空気中を伝播し、その周波数は低く、通常は数十 KHz ですが、固体や液体では 周波数 が高くなることがあります。空気中ではより速く減衰しますが、液体および固体中では減衰が少なく、より遠くまで伝播します。

の特性を活かして、 超音波距離センサーは、さまざまな超音波センサーに作られ、さまざまな回路と結合され、さまざまな超音波測定器や装置に作られ、距離測定、速度測定、洗浄、溶接、砂利、滅菌などに使用でき、通信、 医療、家電、軍事、工業、農業などの分野で広く使用されています。超音波を発生させる方式は数多くありますが、一般的に使われているのは、圧電効果方式、磁歪効果方式、静電効果方式、電磁効果方式です。短い電圧パルスが圧電ウエハの 2 つの極に印加されると、逆圧電効果により、 圧電セラミック ウエハは弾性変形を受け、弾性振動を生成します。発振周波数はウェーハの厚さと音速に関係します。ウェーハの厚さを 適切に選択することにより、超音波周波数領域の弾性波、すなわち超音波を得ることができる。このようにして放射されるのが超音波パケットであり、通常はパルス波と呼ばれます。

 

超音波測距 トランスデューサ

超音波距離測定 センサーは 、主に車の後退レーダー、ロボットの自動障害物回避歩行、建設現場、および 液位、井戸の深さ、パイプラインの長さなどの一部の工業現場で使用されます。現在、一般的に使用されている超音波測距2 つあります。1 トランスデューサは つはシングルチップまたは組み込みデバイスに基づく超音波測距 トランスデューサで 、もう 1 つは CPLD (Complex Programmable Logic Device) に基づく超音波測距システムです。実験では、組み込みデバイスのプログラミングを使用して 周波数 40KHz の方形波を生成し、それを送信駆動回路で増幅して超音波センサーの送信端を発振させて超音波を放射するという、いくつかのスキーム が 使用されました。超音波は送信機で反射され、センサーの受信端で受信され、受信回路で増幅および整形されます。埋め込まれたマイクロコアを備えた超音波測距 トランスデューサーは 、埋め込まれた機器を介して超音波の放射時間と反射波の時間を記録します。超音波の反射波を受信すると、。 受信回路の出力端でジャンピングが発生するタイマーをカウントし、その時間差を計算することで、対応する距離を計算できます。

 

の原理 超音波 レンジ変換 器

超音波距離測定の原理は  トランスデューサ 、空気中の超音波の既知の伝播速度を利用して、音波が放射されてから障害物に遭遇して反射するまでの時間を測定し、 。 放射点と受信間の時間差に基づいて放射点から障害物までの実際の距離を計算することですまず、超音波発信 トランスデューサが 一定方向に超音波を発信し、発信時刻と同時に計時を開始します。超音波は空気中を伝播し、 。 途中で障害物に遭遇するとすぐに戻ってきますが、超音波受信機は反射波を受信するとすぐに計時を停止します空気中の超音波の伝播速度はC=340m/sです。タイマーによって記録された時間 T 秒に従って、発光点と障害物との間の距離 L を計算できます。つまり、L = C × T /2。いわゆる時差測距方式である。ウルトラサウンド も音波の一種であるため、その音速Cは温度に関係します。表 1 に、いくつかの異なる温度における音速を示します。使用上、温度があまり変化しない場合、音速は基本的に一定であると考えられます。距離測定精度が非常に高い場合は、温度補償によって補正する必要があります。

 

超音波の速度と温度の関係

超音波の指向性の放射が容易で、指向性が良好で、強度の制御が容易で、測定対象物に直接接触する必要がないため、後進距離の測定に最適です。超音波は直進して伝播します。周波数が高くなるほど回折能力は弱くなりますが、反射能力は強くなります。したがって、 超音波センサーの型を作ることができます。 この超音波の性質を利用してさらに、超音波は空気中をゆっくりと伝わるため、超音波センサーの使用が簡単になります。超音波センサーは、超音波の特性を利用して開発されたセンサーです。超音波は、音波よりも高い振動周波数を有する機械波であり、電圧の励起下でのトランスデューサチップの振動によって生成されます。高周波、短波長、回折現象が少なく、特に指向性が良く、光線の伝播特性として指向性が高い。超音波は液体や固体に対して優れた透過力を持っており、特に太陽光を通さない固体では数十メートルの深さまで透過することができます。超音波は、不純物や界面に遭遇すると大きな反射を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します。したがって、超音波検出は産業、国防、生物医学などで広く使用されています。 超音波は検出方法として使用され、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は超音波センサーであり、通常は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ています。

 

超音波センサーは主にバイモルフ振動子、円錐形の共振板、電極で構成されています。 2つの電極間に一定の電圧を印加すると、 圧電 セラミックス ウェハは 圧縮されて機械的変形が生じ、電圧が除去されると圧電ウェハは元の形状に戻ります。 2つの極間に特定の周波数で電圧が印加されると、圧電 セラミックス も特定の周波数で振動します。このタイプの圧電の固有周波数は 38.4 KHz であることがテストされ、40 KHz トランスデューサ の周波数の方形波パルス信号が トランスデューサ 2 つの極に印加されます。このとき圧電チップが共振して超音波を放射します。同様に、外部からパルス信号のない超音波センサーでも、共振板が超音波を受けると共振し、両極間に電気信号が発生します。超音波プローブは主に圧電ウエハーで構成されており、超音波の送信と受信の両方が可能です。低出力の超音波 トランスデューサ 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）、ラム波プローブ（ラム波）、ダブルプローブ（1つのプローブの反射、1つのプローブの受信）待機に分けることができます。