Transduser Pengukuran Jarak Ultrasonik

Kekerapan yang ultra sonik sensor transduser yang orang boleh dengar ialah 20Hz~2KHz, iaitu gelombang bunyi yang boleh didengar. Bunyi di luar julat frekuensi ini, bunyi ultra di bawah 20Hz dipanggil gelombang bunyi frekuensi rendah, dan bunyi ultra di atas 20KHz dipanggil u ltrasound ( u ltrasound), kekerapan pertuturan umum .Julatnya ialah 10Hz-8KHz. u ltrabunyi mempunyai arah yang baik, keupayaan menembusi yang kuat, mudah untuk mendapatkan tenaga bunyi tertumpu, dan ia mempunyai jarak yang jauh di dalam air. Ultrasound dinamakan kerana had kekerapan yang lebih rendah adalah lebih kurang sama dengan had atas pendengaran manusia.

 

Taburan frekuensi ultrasonik

Gelombang ultrasonik boleh merambat dalam gas, cecair dan pepejal pada kelajuan yang berbeza. Bentuk gelombang gelombang ultrasonik yang merambat dalam medium bergantung pada jenis daya yang boleh ditahan oleh medium dan bagaimana untuk merangsang gelombang ultrasonik pada medium.

 

Biasanya terdapat tiga jenis:

(1) Jenis gelombang membujur

Apabila arah getaran zarah dalam medium adalah konsisten dengan arah perambatan gelombang ultrasonik, gelombang ultrasonik berada dalam mod gelombang membujur. Mana-mana medium pepejal boleh menghasilkan gelombang membujur apabila isipadunya berubah secara berselang-seli. Aplikasi dalam industri terutamanya menggunakan ayunan membujur.

(2) Jenis gelombang ricih

Apabila arah getaran zarah dalam medium adalah berserenjang dengan arah perambatan gelombang ultrasonik, gelombang ultrasonik adalah gelombang melintang. Oleh kerana medium pepejal boleh menanggung ubah bentuk ricih sebagai tambahan kepada ubah bentuk isipadu, gelombang ricih boleh dijana apabila daya ricih bertindak secara bergantian pada medium pepejal. Gelombang ricih hanya boleh merambat dalam media pepejal.

 

(3) Mod gelombang permukaan

Ia adalah gelombang dengan dua sifat gelombang membujur dan gelombang melintang yang merambat di sepanjang permukaan pepejal. Gelombang permukaan boleh dianggap sebagai sintesis gelombang longitudinal selari dengan permukaan dan gelombang melintang berserenjang dengan permukaan. Trajektori zarah bergetar ialah elips. Amplitud adalah yang paling kuat pada kedalaman 1/4 panjang gelombang dari permukaan, dan ia melemahkan dengan cepat apabila kedalaman meningkat . Sebenarnya, amplitud getaran zarah sudah sangat lemah apabila ia lebih daripada satu panjang gelombang dari permukaan. Selain itu, gelombang ultrasonik juga mempunyai fenomena pembiasan dan pantulan, dan ia dilemahkan semasa perambatan. Ultrasound merambat di udara, dan frekuensinya rendah, umumnya berpuluh-puluh KHz, manakala dalam  pepejal  dan cecair, frekuensinya boleh lebih tinggi. Ia melemahkan lebih cepat di udara, tetapi merambat dalam cecair dan pepejal dengan kurang pengecilan dan perambatan lebih jauh.

Menggunakan ciri-ciri sensor julat ultrabunyi , ia boleh dijadikan pelbagai sensor ultrasonik, ditambah dengan litar yang berbeza, dan dijadikan pelbagai instrumen dan peranti pengukur ultrasonik, yang boleh digunakan untuk pengukuran jarak, pengukuran kelajuan, pembersihan, kimpalan, kerikil, pensterilan, dan lain-lain, dan dalam komunikasi, m edikal, peralatan rumah, ketenteraan, industri, pertanian dan aspek lain digunakan secara meluas. Terdapat banyak kaedah yang boleh menghasilkan gelombang ultrasonik, yang biasa digunakan ialah kaedah kesan piezoelektrik, kaedah kesan magnetostriktif, kaedah kesan elektrostatik dan kaedah kesan elektromagnet. Apabila nadi voltan pendek digunakan pada dua kutub wafer piezoelektrik, disebabkan oleh kesan piezoelektrik songsang, wafer piezoceramics akan mengalami ubah bentuk anjal dan menghasilkan ayunan elastik. Kekerapan ayunan adalah berkaitan dengan ketebalan wafer dan kelajuan bunyi. p pemilihan tepat ketebalan wafer boleh mendapatkan gelombang elastik dalam julat frekuensi ultrasonik, iaitu gelombang ultrasonik. Apa yang dipancarkan dengan cara ini ialah paket gelombang ultrasonik, biasanya dipanggil gelombang nadi.

 

julat ultrasonik Transduser

pengukur jarak ultrasonik Penderia digunakan terutamanya dalam radar undur kereta, berjalan mengelak halangan automatik robot, tapak pembinaan dan beberapa tapak perindustrian seperti  paras cecair, kedalaman telaga, panjang saluran paip dan lain-lain majlis. Pada masa ini terdapat dua transduser julat ultrasonik yang biasa digunakan, Satu ialah  julat ultrasonik transduser  berdasarkan cip tunggal atau peranti terbenam, dan satu lagi ialah sistem julat ultrasonik berdasarkan CPLD (Peranti Logik Boleh Aturcara Kompleks). Beberapa skema telah digunakan dalam eksperimen, dengan  menggunakan pengaturcaraan peranti terbenam untuk menghasilkan gelombang persegi dengan frekuensi  transduser 40KHz  yang dikuatkan oleh litar pemacu pemancar untuk menjadikan hujung pemancar sensor ultrasonik berayun dan memancarkan gelombang ultrasonik. Gelombang ultrasonik dipantulkan kembali oleh pemancar, diterima oleh hujung penerima sensor, dan kemudian dikuatkan dan dibentuk oleh litar penerima. julat ultrasonik  Transduser  dengan teras mikro terbenam merekodkan masa pancaran ultrasonik dan masa gelombang pantulan melalui peralatan terbenam. Apabila gelombang pantulan gelombang ultrasonik diterima, lompatan berlaku pada hujung keluaran litar penerima. Dengan mengira pemasa dan mengira perbezaan masa, jarak yang sepadan boleh dikira.

 

Prinsip u ltrasonik r anging transduser

Prinsip  transduser pengukuran jarak ultrasonik adalah menggunakan kelajuan perambatan gelombang ultrasonik yang diketahui di udara untuk mengukur masa yang diperlukan untuk gelombang bunyi menghadapi halangan dan mencerminkan kembali selepas ia dipancarkan, dan untuk mengira jarak sebenar dari titik pelepasan ke halangan berdasarkan perbezaan masa antara pelepasan dan penerimaan. Pertama sekali, transduser pemancar ultrasonik memancarkan gelombang ultrasonik ke arah tertentu, dan memulakan pemasaan pada masa yang sama dengan masa pelepasan. Gelombang ultrasonik merambat di udara, dan ia kembali serta-merta apabila menghadapi halangan dalam perjalanan, dan penerima ultrasonik menghentikan pemasaan serta-merta selepas menerima gelombang yang dipantulkan. Kelajuan perambatan gelombang ultrasonik di udara ialah C=340m/s. Mengikut masa T saat yang dicatatkan oleh pemasa, jarak L antara titik pancaran dan halangan boleh dikira, iaitu: L= C×T /2. Ini adalah kaedah julat perbezaan masa yang dipanggil. Oleh kerana ultras bunyi  juga merupakan sejenis gelombang bunyi, halaju bunyi C adalah berkaitan dengan suhu. Jadual 1 menyenaraikan halaju bunyi pada beberapa suhu yang berbeza. Dalam penggunaan, jika suhu tidak banyak berubah, ia boleh dianggap bahawa kelajuan bunyi pada asasnya tetap. Jika ketepatan pengukuran jarak adalah sangat tinggi, ia harus diperbetulkan dengan pampasan suhu.

 

Hubungan antara kelajuan gelombang ultrasonik dan suhu

Oleh kerana kelebihan pelepasan arah yang mudah gelombang ultrasonik, arah yang baik, kawalan keamatan yang mudah, dan tidak memerlukan sentuhan langsung dengan objek yang diukur, ia adalah pilihan yang ideal untuk mengukur jarak undur. Ultrasound merambat dalam garis lurus. Semakin tinggi frekuensi, semakin lemah keupayaan pembelauan, tetapi semakin kuat keupayaan pantulan. Oleh itu, acuan sensor ultrasonik boleh dibuat dengan menggunakan sifat gelombang ultrasonik ini. Di samping itu, gelombang ultrasonik bergerak perlahan di udara, yang menjadikan penggunaan sensor ultrasonik mudah. Penderia ultrasonik ialah penderia yang dibangunkan menggunakan ciri-ciri gelombang ultrasonik. Ultrasound ialah gelombang mekanikal dengan frekuensi getaran lebih tinggi daripada gelombang bunyi, yang dihasilkan oleh getaran cip transduser di bawah pengujaan voltan. Ia mempunyai frekuensi tinggi, panjang gelombang pendek, fenomena pembelauan kecil, terutamanya arah yang baik, dan boleh diorientasikan sebagai ciri penyebaran sinar. Ultrasound mempunyai keupayaan penembusan yang hebat kepada cecair dan pepejal, terutamanya dalam pepejal yang legap kepada cahaya matahari, ia boleh menembusi hingga kedalaman berpuluh-puluh meter. Gelombang ultrasonik akan menghasilkan pantulan yang ketara apabila ia menghadapi kekotoran atau antara muka untuk membentuk gema, dan apabila ia menghadapi objek bergerak, ia akan menghasilkan kesan Doppler. Oleh itu, pengesanan ultrasonik digunakan secara meluas dalam industri, pertahanan negara, bioperubatan, dsb. u ltrabunyi digunakan sebagai kaedah pengesanan, dan gelombang ultrasonik mesti dihasilkan dan diterima. Peranti yang melaksanakan fungsi ini ialah sensor ultrasonik, yang lazimnya dipanggil transduser ultrasonik, atau probe ultrasonik.

 

Penderia ultrasonik terutamanya terdiri daripada penggetar bimorph, plat resonan kon dan elektrod. Apabila voltan tertentu dikenakan antara dua elektrod, piezoelektrik seramik wafer akan dimampatkan untuk menghasilkan ubah bentuk mekanikal, dan wafer piezoelektrik akan kembali kepada bentuk asalnya selepas voltan dikeluarkan. Jika voltan dikenakan antara dua kutub pada frekuensi tertentu, seramik piezoelektrik  juga akan bergetar pada frekuensi tertentu. Ia diuji bahawa frekuensi semula jadi piezoelektrik jenis ini transduser  ialah 38.4 KHz, dan isyarat nadi gelombang persegi dengan frekuensi  transduser 40 KHz  digunakan pada dua kutub. Pada masa ini, cip piezoelektrik bergema dan mengeluarkan gelombang ultrasonik. Dengan cara yang sama, sensor ultrasonik tanpa isyarat nadi luaran juga akan bergema apabila plat resonans menerima gelombang ultrasonik, dan isyarat elektrik akan dihasilkan di antara dua kutub. Siasatan ultrasonik terutamanya terdiri daripada wafer piezoelektrik, yang boleh menghantar dan menerima gelombang ultrasonik. ultrasonik berkuasa rendah Transduser kebanyakannya digunakan untuk pengesanan. Ia mempunyai banyak struktur yang berbeza, yang boleh dibahagikan kepada kuar lurus (gelombang membujur), kuar serong (gelombang ricih), kuar gelombang permukaan (gelombang permukaan), kuar gelombang Lamb (gelombang Lamb), kuar berganda (satu refleksi kuar, satu penerimaan kuar) tunggu.