Ultrasone transducer voor afstandsmeting

De frequentie van de ultrasone transducersensor die mensen kunnen horen is 20 Hz ~ 2 KHz, dat wil zeggen hoorbare geluidsgolven. Het geluid buiten dit frequentiebereik, het ultrageluid onder 20 Hz, wordt laagfrequente geluidsgolf genoemd, en het ultrageluid boven 20 kHz wordt ultrasoon geluid ( ultrageluid ) genoemd, de frequentie van algemeen gesproken .is het bereik 10 Hz-8 KHz. Ultrageluid heeft een goede richtingsgevoeligheid, een sterk doordringend vermogen, gemakkelijk geconcentreerde geluidsenergie te verkrijgen en . een lange afstand in water Ultrageluid wordt genoemd omdat de onderste frequentielimiet ongeveer gelijk is aan de bovengrens van het menselijk gehoor.

 

Ultrasone frequentieverdeling

Ultrasone golven kunnen zich met verschillende snelheden voortplanten in gassen, vloeistoffen en vaste stoffen. De golfvorm van ultrasone golven die zich in een medium voortplanten, hangt af van het soort kracht dat het medium kan weerstaan ​​en hoe ultrasone golven op het medium kunnen worden opgewekt.

 

Meestal zijn er drie soorten:

(1) Longitudinaal golftype

Wanneer de trillingsrichting van de deeltjes in het medium consistent is met de voortplantingsrichting van de ultrasone golf, bevindt de ultrasone golf zich in de longitudinale golfmodus. Elk vast medium kan longitudinale golven produceren wanneer het volume afwisselend verandert. De toepassing in de industrie maakt voornamelijk gebruik van longitudinale oscillatie.

(2) Type dwarsgolf

Wanneer de trillingsrichting van het deeltje in het medium loodrecht staat op de voortplantingsrichting van de ultrasone golf, is de ultrasone golf een transversale golf. Omdat het vaste medium naast volumevervorming ook schuifvervorming kan verdragen, kunnen schuifgolven worden gegenereerd wanneer de schuifkracht afwisselend op het vaste medium inwerkt. Schuifgolven kunnen zich alleen voortplanten in de vaste media.

 

(3) Oppervlaktegolfmodus

Het is een golf met dubbele eigenschappen: longitudinale golven en transversale golven die zich voortplanten langs het vaste oppervlak. De oppervlaktegolf kan worden beschouwd als een synthese van longitudinale golven evenwijdig aan het oppervlak en transversale golven loodrecht op het oppervlak. Het traject van het trillende deeltje is een ellips. De amplitude is het sterkst op een diepte van 1/4 golflengte vanaf het oppervlak, en neemt snel af naarmate de diepte toeneemt . In feite is de amplitude van deeltjestrilling al erg zwak als deze meer dan één golflengte verwijderd is van het oppervlak. Bovendien hebben ultrasone golven ook brekings- en reflectieverschijnselen en worden ze tijdens de voortplanting verzwakt. Ultrageluid plant zich voort in de lucht en de frequentie ervan is laag, meestal tientallen KHz, terwijl de frequentie in  vast  en vloeibaar materiaal hoger kan zijn. Het verzwakt sneller in de lucht, maar plant zich voort in vloeistoffen en vaste stoffen met minder verzwakking en verdere voortplanting.

Gebruikmakend van de kenmerken van ultrasone bereiksensor , er kunnen verschillende ultrasone sensoren van worden gemaakt, gekoppeld aan verschillende circuits, en er kunnen verschillende ultrasone meetinstrumenten en apparaten van worden gemaakt, die kunnen worden gebruikt voor afstandsmeting, snelheidsmeting, schoonmaken, lassen, grind, sterilisatie, enz., en in communicatie, medische , huishoudelijke apparaten, militaire, industrie, landbouw en andere aspecten worden veel gebruikt. Er zijn veel methoden die ultrasone golven kunnen genereren. Veelgebruikte methoden zijn de piëzo-elektrische effectmethode, de magnetostrictieve effectmethode, de elektrostatische effectmethode en de elektromagnetische effectmethode. Wanneer een korte spanningspuls wordt aangelegd op de twee polen van de piëzo-elektrische wafel, als gevolg van het omgekeerde piëzo-elektrische effect, zal de piëzokeramische wafel elastische vervorming ondergaan en elastische oscillatie produceren. De oscillatiefrequentie is gerelateerd aan de dikte van de wafer en de geluidssnelheid. Door een juiste selectie van de dikte van de wafel kunnen elastische golven in het ultrasone frequentiebereik worden verkregen, dat wil zeggen ultrasone golven. Wat op deze manier wordt uitgezonden, is een ultrasoon golfpakket, gewoonlijk een pulsgolf genoemd.

 

Ultrasone  bereiktransducer

Ultrasone afstandsmeetsensor wordt voornamelijk gebruikt in achteruitrijradar voor auto's, automatische obstakelvermijding door robots, bouwplaatsen en sommige industriële locaties zoals  vloeistofniveau, putdiepte, pijpleidinglengte en andere gelegenheden. Er zijn momenteel twee veelgebruikte ultrasone bereiktransducers :  de ene is een ultrasone bereiktransducer gebaseerd  op een single-chip of ingebed apparaat, en de andere is een ultrasoon bereiksysteem gebaseerd op een CPLD (Complex Programmable Logic Device). In het experiment werden verschillende schema's gebruikt, waarbij  gebruik werd gemaakt van ingebedde apparaatprogrammering om een ​​blokgolf te genereren met een frequentie van 40 kHz , die werd  versterkt  door het zendende aandrijfcircuit om het zendende uiteinde van de ultrasone sensor te laten oscilleren en ultrasone golven uit te zenden. De ultrasone golf wordt teruggekaatst door de zender, ontvangen door het ontvangende uiteinde van de sensor en vervolgens versterkt en gevormd door het ontvangstcircuit. De ultrasone bereiktransducer  met  ingebouwde microkern registreert de tijd van ultrasone emissie en de tijd van gereflecteerde golven door ingebedde apparatuur. Wanneer de gereflecteerde golf van de ultrasone golf wordt ontvangen, vindt er een sprong plaats aan de uitgangszijde van het ontvangstcircuit. Door de timer te tellen en het tijdsverschil te berekenen, kan de bijbehorende afstand worden berekend.

 

Principe een ultrasone bereiktransducer​ van

Het principe van de ultrasone afstandsmeter  is om de bekende voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht te gebruiken om de tijd te meten die de geluidsgolven nodig hebben om obstakels tegen te komen en terug te reflecteren nadat ze zijn uitgezonden, en om de werkelijke afstand van het emissiepunt tot het obstakel te berekenen op basis van het tijdsverschil tussen emissie en ontvangst. Allereerst zendt de ultrasone zendertransducer ultrasone golven uit in een bepaalde richting, en begint de timing op hetzelfde moment als de emissietijd. De ultrasone golven planten zich voort in de lucht en keren onmiddellijk terug wanneer ze onderweg obstakels tegenkomen, en de ultrasone ontvanger stopt onmiddellijk met het timen na ontvangst van de gereflecteerde golven. De voortplantingssnelheid van ultrasone golven in de lucht is C=340 m/s. Aan de hand van de door de timer geregistreerde tijd T seconden kan de afstand L tussen het emissiepunt en het obstakel worden berekend, namelijk: L= C×T /2. Dit is de zogenaamde tijdsverschilvariërende methode. Omdat echografie  ook een soort geluidsgolf is, is de geluidssnelheid C gerelateerd aan de temperatuur. Tabel 1 geeft een overzicht van de geluidssnelheid bij verschillende temperaturen. Als de temperatuur tijdens gebruik niet veel verandert, kan ervan worden uitgegaan dat de geluidssnelheid in principe constant is. Als de nauwkeurigheid van de afstandsmeting erg hoog is, moet deze worden gecorrigeerd door temperatuurcompensatie.

 

De relatie tussen ultrasone golfsnelheid en temperatuur

Vanwege de voordelen van gemakkelijke directionele emissie van ultrasone golven, goede directionaliteit, gemakkelijke controle van de intensiteit en geen noodzaak voor direct contact met het gemeten object, is het een ideale keuze voor het meten van de achteruitweg. Echografie plant zich in een rechte lijn voort. Hoe hoger de frequentie, hoe zwakker het diffractievermogen, maar hoe sterker het reflectievermogen. Daarom, een mal voor ultrasone sensoren worden gemaakt. Met behulp van deze eigenschap van ultrasone golven kan Bovendien verplaatsen ultrasone golven zich langzaam door de lucht, wat het gebruik van ultrasoonsensoren eenvoudig maakt. Ultrasone sensoren zijn sensoren die zijn ontwikkeld met behulp van de kenmerken van ultrasone golven. Ultrageluid is een mechanische golf met een trillingsfrequentie die hoger is dan die van geluidsgolven, die wordt gegenereerd door de trilling van de transducerchip onder excitatie van spanning. Het heeft een hoge frequentie, een korte golflengte, een klein diffractiefenomeen, vooral een goede directionaliteit, en kan worden georiënteerd als kenmerken van de verspreiding van stralen. Ultrageluid heeft een groot doordringend vermogen bij vloeistoffen en vaste stoffen, vooral bij vaste stoffen die ondoorzichtig zijn voor zonlicht kan het doordringen tot een diepte van tientallen meters. Ultrasone golven zullen aanzienlijke reflecties produceren wanneer ze onzuiverheden of interfaces tegenkomen die echo's vormen, en wanneer ze bewegende objecten tegenkomen, zullen ze Doppler-effecten veroorzaken. Daarom wordt ultrasone detectie veel gebruikt in de industrie, de nationale defensie, de biogeneeskunde, enz. Ultrageluid wordt gebruikt als detectiemethode en er moeten ultrasone golven worden gegenereerd en ontvangen. Het apparaat dat deze functie vervult is een ultrasone sensor, die gewoonlijk een ultrasone transducer of een ultrasone sonde wordt genoemd.

 

De ultrasone sensor bestaat hoofdzakelijk uit een bimorfe vibrator, een conische resonantieplaat en elektroden. Wanneer er een bepaalde spanning wordt aangelegd tussen de twee elektroden, wordt de piëzo-elektrische keramische wafel zal worden gecomprimeerd om mechanische vervorming te veroorzaken, en de piëzo-elektrische wafel zal terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm nadat de spanning is verwijderd. Als er met een bepaalde frequentie een spanning tussen de twee polen wordt aangelegd, zal het piëzo-elektrische keramiek  ook met een bepaalde frequentie trillen. Er wordt getest dat de natuurlijke frequentie van dit type piëzo-elektrische transducer  38,4 KHz is, en een blokgolfpulssignaal met een frequentie van 40 KHz  -transducer  wordt op de twee polen toegepast. Op dit moment resoneert de piëzo-elektrische chip en zendt ultrasone golven uit. Op dezelfde manier zal een ultrasone sensor zonder extern pulssignaal ook resoneren wanneer de resonantieplaat ultrasone golven ontvangt, en zal er een elektrisch signaal worden gegenereerd tussen de twee polen. De ultrasone sonde bestaat voornamelijk uit piëzo-elektrische wafers, die zowel ultrasone golven kunnen verzenden als ontvangen. Ultrasone met een laag vermogen transducers worden meestal gebruikt voor detectie. Het heeft veel verschillende structuren, die kunnen worden onderverdeeld in een rechte sonde (longitudinale golf), schuine sonde (afschuifgolf), oppervlaktegolfsonde (oppervlaktegolf), Lamb-golfsonde (Lamb-golf), dubbele sonde (één sondereflectie, één sonde-ontvangst) wachten.