Zasada działania przetwornika ultradźwiękowego

1 Wprowadzenie

Wraz z rozwojem nowych technologii, takich jak automatyzacja, liczba przetworników ultradźwiękowych rośnie, a wszystkie nowoczesne przyrządy i sprzęt są nierozerwalnie związane z czujnikami w produkcji przemysłowej, szczególnie w procesach produkcyjnych, stosuje się różne przetworniki do monitorowania i kontrolowania różnych parametrów procesu produkcyjnego, takich jak temperatura, ciśnienie, przepływ itp., aby sprzęt działał najlepiej, a produkt był najwyższej jakości. W połowie XX wieku odkryto, że kryształy przetworników niektórych mediów (takich jak kryształ kwarcu, kryształ winianu sodowo-potasowego, kryształ PZT itp.) mogą generować fale ultradźwiękowe o większej mocy pod wpływem wysokiego napięcia i wąskiego impulsu. Różni się od słyszalnych fal dźwiękowych, może być stosowany do spawania układów scalonych i czyszczenia wnętrza kineskopu. Jeśli chodzi o wykrywanie, przetwornik głębokości ma charakterystykę załamania i odbicia zbliżoną do fal świetlnych, można przy tym stosować nanodetektory ultradźwiękowe. wykrywa wraki statków na dnie morskim i okręty podwodne wroga. Ultradźwięki przeniknęły obecnie do wielu dziedzin naszego życia, takich jak ultradźwięki typu B, zdalne sterowanie, badania nieniszczące zabezpieczające przed kradzieżą i tak dalej.

2. Pojęcie ultradźwięków

Ludzie słyszą, że dźwięk jest generowany przez wibracje obiektu. Jego częstotliwość mieści się w przedziale 20 Hz-20 kHz i nazywana jest słyszalną falą dźwiękową. Wibracje mechaniczne o częstotliwości poniżej 20 Hz są niesłyszalne dla ucha ludzkiego, zwane falami infradźwiękowymi; drgania mechaniczne powyżej 20 kHz nazywane są falami ultradźwiękowymi, a powszechnie stosowane w przypadku ultradźwięków mają częstotliwości ok ultradźwiękowy przetwornik echosondy mają częstotliwości od dziesiątek kHz do dziesiątek MHz. Fale ultradźwiękowe to drgania mechaniczne w ośrodkach sprężystych. Istnieją dwie formy: oscylacja poprzeczna (fala poprzeczna) i oscylacja podłużna (fala podłużna). Zastosowania stosowane w przemyśle często wykorzystują oscylacje wzdłużne. Fale ultradźwiękowe mogą przemieszczać się w gazach, cieczach i ciałach stałych, ale z różną szybkością propagacji. Ponadto ma również załamanie zjawisk refrakcji i odbicia podczas propagacji. Częstotliwość fal ultradźwiękowych rozchodzących się w powietrzu jest stosunkowo niska, zwykle wynosi kilkadziesiąt kHz, ale tłumienie jest szybsze; częstotliwość propagacji w ciałach stałych i cieczach jest większa, ale tłumienie jest mniejsze, a propagacja jest dalej.

3. Cechy ultradźwięków

Kierunkowość montaż przetwornika ultradźwiękowego jest dobry, nie jest łatwo rozbieżny, a energia jest skoncentrowana. Dlatego siła penetracji jest duża, a straty energii małe po przeniknięciu blachy stalowej o grubości kilku metrów. Fale ultradźwiękowe mogą powodować znaczne odbicia i załamania, gdy napotkają granicę pomiędzy dwoma ośrodkami. Zjawisko to przypomina fale świetlne. Wyższa częstotliwość to ultradźwięki przetwornik do przepływomierza , tym lepsza jest kierunkowość pola dźwiękowego i im bliższa jest charakterystyka odbicia i załamania fali świetlnej. Wykorzystując charakterystykę fal ultradźwiękowych, można zastosować różne czujniki ultradźwiękowe i różne obwody do wykonania różnych ultradźwiękowych przyrządów i urządzeń pomiarowych, które są szeroko stosowane w komunikacji podwodnej, sprzęcie medycznym i sprzęcie gospodarstwa domowego.

4. Zasada działania czujnika ultradźwiękowego

Czujnik ultradźwiękowy to czujnik opracowany przy wykorzystaniu właściwości fal ultradźwiękowych i składa się z czujnika nadawczego, czujnika odbiorczego, części sterującej i części zasilającej. Czujnik nadajnika składa się z nadajnika i piezoceramicznego przetwornika wibracyjnego o średnicy około 15 mm. Funkcje ultradźwiękowy przetwornik przepływomierza ma za zadanie przekształcić energię drgań elektrycznych wibratora ceramicznego w superenergię i wypromieniować w powietrze; czujnikiem odbiorczym jest piezoceramiczny przetwornik wibracyjny. Składa się z obwodu wzmacniającego, odbiornika Czujnik ultradźwiękowy 2MHz ma za zadanie generować drgania mechaniczne, przetwarzać je na energię elektryczną i pełnić funkcję wyjścia odbiornika czujnika w celu wykrycia przesyłanych fal ultradźwiękowych. W rzeczywistości w czujniku nadawczym używany jest wibrator piezoceramiczny, który może być również używany jako wibrator ceramiczny na czujniku odbiorczym. Część kontroluje głównie częstotliwość impulsów, cykl pracy, rzadką modulację i zliczanie oraz odległość wykrywania wysyłaną przez nadajnik. zasilanie ultradźwiękowego czujnika poziomu oleju może wynosić 12V DC ± 10% lub 24V ± 10%.