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超音波の特性を利用して開発された超音波振動子センサー。超音波は、音波よりも高い振動周波数を持つ機械波です。これは、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発生します。周波数が高く、波長が短く、回折現象が少なく、特に指向性が良く、光線に導くことができます。普及およびその他の特性。超音波は、液体や固体、特に太陽光を通さない固体を透過する優れた能力を持っています。数十メートルの深さまで浸透する可能性があります。超音波が不純物や界面に当たると大きな反射が生じてエコーが形成され、移動する物体に当たるとドップラー効果が発生することがあります。超音波特性に基づいて開発されたセンサーは「超音波センサー」と呼ばれ、産業、国防、生物医学で広く使用されています。
成分
超音波トランスデューサは主に圧電ウエハで構成されており、 超音波レンジトランスデューサは 超音波を送信および受信できます。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）、ラム波プローブ（ラム波）、デュアルプローブ（1つのプローブが送信され、1つのプローブが受信されます）に分けることができます。
パフォーマンス
超音波プローブのコアは 圧電超音波センサーチップ。 プラスチックまたは金属ジャケット内のウェーハを構成する材料には多くの種類があります。直径や厚さなどのウェーハのサイズも異なるため、プローブの性能も異なります。使用する前にその性能を知る必要があります。超音波センサーの主な性能指標には次のものがあります。
動作周波数
動作周波数は圧電ウェーハの共振周波数です。両端に印加される交流電圧の周波数がチップの共振周波数と等しいとき、出力エネルギーが最も大きくなり、感度も最も高くなります。
動作温度
圧電材料のキュリー点は一般に比較的高いため、特に診断用の超音波プローブでは、
超音波センサー
電力が小さいため、動作温度が比較的低く、故障することなく長時間動作できます。医療用超音波プローブの温度は比較的高いため、別の冷却装置が必要です。
感度
主に製造ウェーハ自体に依存します。電気機械結合係数が大きく感度が高いため、逆に感度は低いです。
指向性
超音波センサー検知範囲
メインアプリケーション
超音波センシング技術は生産現場のさまざまな側面に適用されており、医療用途は超音波センサーの主な用途の 1 つです。以下では超音波センシング技術の応用例として医療を使用します。圧電超音波トランスデューサの医学への応用は主に病気の診断であり、臨床医学において不可欠な診断方法となっています。超音波診断は、痛みがなく、被検者にダメージを与えない、方法が簡単、画像が鮮明、診断精度が高いなどの利点があり、普及が容易であり、医療従事者や患者から歓迎されています。超音波診断は、さまざまな医学原理に基づいて行うことができます。代表的ないわゆるAタイプの手法を見てみましょう。超音波の反射を利用した方法です。超音波が人間の組織内を伝播し、音響インピーダンスが異なる 2 つの媒体境界面に遭遇すると、その境界面で反射エコーが生成されます。反射面に遭遇するたびにエコーがオシロスコープの画面に表示され、2 つのインターフェース間のインピーダンス差によってエコーの振幅も決まります。産業界における超音波の典型的な用途は、金属の非破壊検査と超音波厚さ測定です。これまで、物体の組織内部を検出できなかったため、多くの技術が妨げられてきました。超音波センシング技術の出現により、この状況は変わりました。もちろん、人々が必要とする信号を「静かに」検出するために、さまざまなデバイスにさらに多くの超音波センサーが固定的に取り付けられています。今後の超音波センサーの応用においては、超音波と情報技術や新材料技術が融合し、よりインテリジェントで高感度な超音波センサーが登場すると考えられます。
超音波距離センサーの技術応用
超音波は液体や固体、特に不透明な固体を透過する優れた能力を持っており、数十メートルの深さまで透過することができます。超音波が不純物や界面に当たると大きな反射が生じてエコーが形成され、移動する物体に当たるとドップラー効果が発生することがあります。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。超音波距離センサーは、レベル（液面）監視、ロボットの衝突防止、さまざまな超音波近接スイッチ、盗難防止アラームなどの関連分野で広く使用できます。作業の信頼性が高く、取り付けが簡単で、防水性があり、発射角が小さく、感度が高いため、産業用表示機器との接続に便利で、発射角が大きいプローブも提供されています。
具体的な応用
1.超音波センサーにより容器の状態を検知できます。超音波センサーをプラスチックメルトタンクやプラスチックペレットチャンバーの上部に設置すると、容器内に音波が発せられると、容器が満杯、空、半分満杯などの状態を分析できます。
2. 超音波センサーは、透明な物体、液体、粗い、滑らかで軽い表面を持つあらゆる高密度の物質、および不規則な物体を検出するために使用できます。ただし、屋外、高温環境、圧力タンクや発泡体には適していません。
3. 超音波センサーを食品加工工場で使用して、プラスチック包装検出用の閉ループ制御システムを実現できます。新技術により、洗瓶機などの湿気の多い環境、騒音環境、温度変化の激しい環境でも検知可能です。
4.超音波センサーは、主に包装、ボトル製造、マテリアルハンドリング、石炭検査、プラスチック加工、自動車産業などで、液面の検出、透明な物体や材料の検出、張力の制御、距離の測定に使用できます。超音波センサーは、製品の品質の向上、欠陥の検出、存在の確認などのプロセス監視に使用できます。超音波センサー技術を採用し、ペダルの踏み間違いを防止します。日産自動車は、ブレーキを踏もうとしたときに誤ってアクセルを踏み込むことによる車両の加速を防止する機能を開発した。カメラや超音波センサーを使って「駐車場に駐車している」状況を推測する場合、ドライバーはアクセルを踏みながらブレーキを踏むことになります。この技術は２～３年以内に実用化される予定です。超音波センサー技術は、駐車場駐車時のブレーキとアクセルの踏み間違いによる事故を防止するために開発されました。
この技術は、車両の前後左右に1台ずつ搭載した4台のカメラと、フロントバンパーとリアバンパーに8台の超音波センサーを搭載することで実現している。 4台のカメラは、車両周囲を俯瞰的に表示する「サラウンドビューディスプレイ」カメラを採用。カメラで白線を認識して駐車場に車両があることを推定し、超音波センサーで車両と周囲の障害物との距離を測定してブレーキのタイミングを判断します。ブレーキとアクセルの踏み間違いによる事故の防止を2段階で実施します。ドライバーが駐車場で停止したい場合、アクセルを踏むと、まず速度をクリープ速度まで落とし、ダッシュボード上のアイコンで危険を知らせ、警報を鳴らします。アクセルを踏み続けて壁などにぶつかりそうになると強制ブレーキがかかります。ブレーキのタイミング . 障害物まで約20～30cmの距離で車が停止できます。
動作原理
人は物体の振動によって発生した音を聞くことができ、その周波数は超音波センサーの20HZ〜20KHZの範囲内で、20KHZ以上は超音波、20HZ未満は超低周波と呼ばれます。一般的に使用される超音波周波数の範囲は、数十 KHZ から数十 MHZ です。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。産業用途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。空気中を伝播する超音波の周波数は低く、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、各種の超音波センサーや各種回路を搭載した超音波測定器・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、 超音波距離トランスデューサ センサーは 、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、送信と受信の両方に使用できるものもあります。ここでは小型の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、超音波センサー制御、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ーもあります。特徴は防水性（ただし水中に入れることはできません）で、材料レベルや近接スイッチとして使用でき、性能が優れていることです。超音波の用途には基本的に 3 つのタイプがあり、透過型はリモコン、防犯警報装置、自動ドア、近接スイッチなどに使用され、分離反射型は距離測定、液面または材料レベルなど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、センサー受信機の出力として電気エネルギーに変換し、送信された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。受信センサー会社のセラミック振動子として使用されています。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、スパース変調とカウント、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
共振周波数40KHzの圧電セラミック結晶（二重水晶振動子）をセンサーに送ると、超音波センサーは40KHzの高周波電圧を印加し、印加した高周波電圧の極性に応じて圧電セラミックシートが伸縮し、密度となって伝播する40KHzの周波数の超音波を送信します（密度の度合いは制御回路で変調可能）。そしてそれを電波受信機に渡します。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 の正弦波電圧を加えます。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。超音波距離トランスデューサーの設計された検出により、音と光の両方の可聴警告と視覚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。
動作モード
超音波センサは超音波音響波媒体を利用し、非接触かつ摩耗のない検出対象物の検出を行います。超音波センサーは、透明または有色物体、金属または非金属物体、固体、液体、粉体を検出できます。煙や粉塵環境、雨天などの環境条件による検出性能の影響をほとんど受けません。
