Transduser for ultralydavstandsmåling

Frekvensen av ultrasonisk transdusersensor som folk kan høre er 20Hz~2KHz, det vil si hørbare lydbølger. Lyden utenfor dette frekvensområdet, ultralyden under 20Hz kalles lavfrekvent lydbølge, og ultralyden over 20KHz kalles u ltralyd ( u ltralyd), frekvensen for generell tale. .Området er 10Hz-8KHz. u ltralyd har god retningsevne, sterk penetreringsevne, lett å få konsentrert lydenergi, og den har lang avstand i vann. Ultralyd er navngitt fordi dens nedre frekvensgrense er omtrent lik den øvre grensen for menneskelig hørsel.

 

Ultrasonisk frekvensfordeling

Ultralydbølger kan forplante seg i gasser, væsker og faste stoffer med forskjellige hastigheter. Bølgeformen til ultralydbølger som forplanter seg i et medium avhenger av hva slags kraft mediet tåler og hvordan man eksiterer ultralydbølger på mediet.

 

Vanligvis er det tre typer:

(1) Langsgående bølgetype

Når partikkelvibrasjonsretningen i mediet er i samsvar med forplantningsretningen til ultralydbølgen, er ultralydbølgen i langsgående bølgemodus. Ethvert fast medium kan produsere langsgående bølger når volumet endres vekselvis. Bruken i industrien vedtar hovedsakelig langsgående oscillasjon.

(2) Skjærbølgetype

Når vibrasjonsretningen til partikkelen i mediet er vinkelrett på forplantningsretningen til ultralydbølgen, er ultralydbølgen en tverrbølge. Siden det faste mediet kan bære skjærdeformasjon i tillegg til volumdeformasjon, kan skjærbølger genereres når skjærkraften vekselvis virker på det faste mediet. Skjærbølger kan bare forplante seg i faste medier.

 

(3) Overflatebølgemodus

Det er en bølge med doble egenskaper av langsgående bølge og tverrbølge som forplanter seg langs den faste overflaten. Overflatebølgen kan betraktes som en syntese av langsgående bølger parallelt med overflaten og tverrbølger vinkelrett på overflaten. Banen til den vibrerende partikkelen er en ellipse. Amplituden er sterkest ved dybden 1/4 bølgelengde fra overflaten, og den demper raskt når dybden øker . Faktisk er amplituden til partikkelvibrasjonen allerede veldig svak når den er mer enn én bølgelengde unna overflaten. I tillegg har ultralydbølger også refraksjons- og refleksjonsfenomener, og de dempes under forplantningen. Ultralyd forplanter seg i luften, og frekvensen er lav, vanligvis titalls KHz, mens den  er  fast og flytende, kan frekvensen være høyere. Den demper seg raskere i luften, men forplanter seg i væsker og faste stoffer med mindre dempning og lengre forplantning.

Utnytte egenskapene til ultralydområdesensor , den kan gjøres til forskjellige ultralydsensorer, kombinert med forskjellige kretser, og gjøres til forskjellige ultralydmåleinstrumenter og -enheter, som kan brukes til avstandsmåling, hastighetsmåling, rengjøring, sveising, grus, sterilisering, etc., og i kommunikasjon, medisinsk , husholdningsapparater, militær, industri, landbruk og andre aspekter er mye brukt. Det er mange metoder som kan generere ultralydbølger, ofte brukt er piezoelektrisk effektmetode, magnetostriktiv effektmetode, elektrostatisk effektmetode og elektromagnetisk effektmetode. Når en kort spenningspuls påføres de to polene til den piezoelektriske skiven, på grunn av den inverse piezoelektriske effekten, vil den piezokeramiske skiven gjennomgå elastisk deformasjon og produsere elastisk oscillasjon. Oscillasjonsfrekvensen er relatert til tykkelsen på skiven og lydhastigheten. Riktig valg av tykkelsen på waferen kan oppnå elastiske bølger i ultralydfrekvensområdet, det vil si ultralydbølger. Det som sendes ut på denne måten er en ultralydbølgepakke, vanligvis kalt en pulsbølge.

 

Ultralydavstandstransduser ​

Ultralydavstandsmålingssensor væskenivå brukes hovedsakelig i bilreverseringsradar, robot-automatisk kjøring av hindringer, byggeplass og noen industriområder som  , brønndybde, rørledningslengde og andre anledninger. Det er for tiden to ofte brukte ultralydavstandstransdusere ,  den ene er en ultralydavstandstransduser basert  på en enkeltbrikke eller innebygd enhet, og den andre er et ultralydavstandsavstandssystem basert på en CPLD (Complex Programmable Logic Device). Flere skjemaer ble brukt i eksperimentet, ved  å bruke innebygd enhetsprogrammering for å generere en firkantbølge med en frekvens på 40KHz  transduser  som ble forsterket av den sendende drivkretsen for å få senderenden av ultralydsensoren til å oscillere og sende ut ultralydbølger. Ultralydbølgen reflekteres tilbake av senderen, mottas av sensormottakeren, og deretter forsterkes og formes av mottakerkretsen. Ultralydavstandstransduseren  .  med innebygd mikrokjerne registrerer tiden for ultralydutslipp og tiden for reflektert bølge gjennom innebygd utstyr Når den reflekterte bølgen til ultralydbølgen mottas, oppstår et hopp ved utgangsenden av mottakskretsen. Ved å telle tidtakeren og beregne tidsforskjellen kan den tilsvarende avstanden beregnes.

 

Prinsippet for u ltrasonic r anging  transduser

Prinsippet med for ultralydavstandsmåling  transduser er å bruke den kjente forplantningshastigheten til ultralydbølger i luften for å måle tiden det tar før lydbølgene møter hindringer og reflekteres tilbake etter at de er sendt ut, og for å beregne den faktiske avstanden fra emisjonspunktet til hindringen basert på tidsforskjellen mellom emisjon og mottak. Først av alt sender ultralydsenderen ut ultralydbølger i en bestemt retning, og starter timing samtidig som emisjonstiden. Ultralydbølgene forplanter seg i luften, og den returnerer umiddelbart når den møter hindringer på veien, og ultralydmottakeren stopper timingen umiddelbart etter å ha mottatt de reflekterte bølgene. Utbredelseshastigheten til ultralydbølger i luften er C=340m/s. I henhold til tiden T sekunder registrert av tidtakeren, kan avstanden L mellom utslippspunktet og hindringen beregnes, nemlig: L= C×T /2. Dette er den såkalte tidsdifferansemetoden. Siden ultralyd også  er en slags lydbølge, er lydhastigheten C relatert til temperaturen. Tabell 1 viser lydhastigheten ved flere forskjellige temperaturer. I bruk, hvis temperaturen ikke endres mye, kan det vurderes at lydhastigheten i utgangspunktet er konstant. Hvis avstandsmålenøyaktigheten er svært høy, bør den korrigeres med temperaturkompensasjon.

 

Forholdet mellom ultralydbølgehastighet og temperatur

På grunn av fordelene med enkel retningsbestemt emisjon av ultralydbølger, god retning, enkel kontroll av intensiteten og ikke behov for direkte kontakt med det målte objektet, er det et ideelt valg for å måle reverseringsavstanden. Ultralyd forplanter seg i en rett linje. Jo høyere frekvens, jo svakere er diffraksjonsevnen, men desto sterkere refleksjonsevne. Derfor, ultrasoniske sensorer mold kan lages ved å bruke denne egenskapen til ultralydbølger. I tillegg beveger ultralydbølger seg sakte i luften, noe som gjør bruken av ultralydsensorer enkel. Ultralydsensorer er sensorer utviklet ved å bruke egenskapene til ultralydbølger. Ultralyd er en mekanisk bølge med en vibrasjonsfrekvens som er høyere enn lydbølger, som genereres av vibrasjonen av transduserbrikken under eksitering av spenning. Den har høy frekvens, kort bølgelengde, lite diffraksjonsfenomen, spesielt god retningsevne, og kan orienteres som strålespredningsegenskaper. Ultralyd har stor penetreringsevne til væsker og faste stoffer, spesielt i faste stoffer som er ugjennomsiktige for sollys, kan den trenge ned til titalls meters dyp. Ultralydbølger vil produsere betydelige refleksjoner når de møter urenheter eller grensesnitt for å danne ekko, og når de møter objekter i bevegelse, vil de produsere Doppler-effekter. Derfor er ultralyddeteksjon mye brukt i industri, nasjonalt forsvar, biomedisin osv. u ltralyd brukes som deteksjonsmetode, og ultralydbølger må genereres og mottas. Enheten som utfører denne funksjonen er en ultralydsensor, som vanligvis kalles en ultralydsvinger, eller en ultralydsonde.

 

Ultralydsensoren er hovedsakelig sammensatt av en bimorf vibrator, en konisk resonansplate og elektroder. Når en viss spenning påføres mellom de to elektrodene, vil piezoelektrisk keramikk wafer vil bli komprimert for å produsere mekanisk deformasjon, og den piezoelektriske wafer vil gå tilbake til sin opprinnelige form etter at spenningen er fjernet. Hvis en spenning påføres mellom de to polene ved en viss frekvens, vil den piezoelektriske keramikken  også vibrere ved en viss frekvens. Det er testet at egenfrekvensen til denne typen piezoelektriske transdusere  er 38,4 KHz, og et firkantbølgepulssignal med en frekvens på 40 KHz  transduser  påføres de to polene. På dette tidspunktet resonerer den piezoelektriske brikken og sender ut ultralydbølger. På samme måte vil en ultralydsensor uten eksternt pulssignal også gi resonans når resonansplaten mottar ultralydbølger, og det vil genereres et elektrisk signal mellom de to polene. Ultralydsonden er hovedsakelig sammensatt av piezoelektriske wafere, som både kan sende og motta ultralydbølger. med lav effekt Ultralydsvingere brukes mest til deteksjon. Den har mange forskjellige strukturer, som kan deles inn i rett sonde (lengdebølge), skrå sonde (skjærbølge), overflatebølgesonde (overflatebølge), Lammebølgesonde (Lammebølge), dobbel sonde (én sonderefleksjon, én sondemottak) vente.