Jakie są czujniki ultradźwiękowe

Czujniki z przetwornikiem ultradźwiękowym opracowane z wykorzystaniem charakterystyki fal ultradźwiękowych. Ultradźwięki to fala mechaniczna o wyższej częstotliwości drgań niż fale dźwiękowe. Jest on generowany przez wibracje chipa przetwornika pod wpływem wzbudzenia napięcia. Ma wysoką częstotliwość, krótką długość fali, małe zjawisko dyfrakcyjne, szczególnie dobrą kierunkowość i może być skierowany na promienie. Rozpowszechnianie i inne cechy. Fale ultradźwiękowe mają dużą zdolność przenikania cieczy i ciał stałych, zwłaszcza ciał stałych nieprzezroczystych dla światła słonecznego. Potrafi przenikać na głębokość kilkudziesięciu metrów. Kiedy fala ultradźwiękowa uderza w zanieczyszczenie lub granicę faz, powoduje znaczne odbicie, tworząc echo, a gdy uderza w poruszający się obiekt, może wywołać efekt Dopplera. Czujniki opracowane w oparciu o charakterystykę ultradźwiękową nazywane są „czujnikami ultradźwiękowymi” i są szeroko stosowane w przemyśle, obronie narodowej i biomedycynie.

część

Przetworniki ultradźwiękowe składają się głównie z płytek piezoelektrycznych, Przetwornik ultradźwiękowy może przesyłać i odbierać fale ultradźwiękowe. Do detekcji wykorzystuje się najczęściej sondy ultradźwiękowe małej mocy. Ma wiele różnych struktur, które można podzielić na sondę prostą (fala podłużna), sondę ukośną (fala poprzeczna), sondę z falą powierzchniową (fala powierzchniowa), sondę z falą Lamb (fala Lamb), sondę podwójną (jedna sonda jest przesyłana, druga jest odbierana). Czekaj.

Wydajność

Rdzeń sondy ultradźwiękowej stanowi: piezoelektryczny chip czujnika ultradźwiękowego w plastikowej lub metalowej obudowie. Może być wiele rodzajów materiałów, z których składa się wafel. Rozmiar płytki, taki jak średnica i grubość, są również różne, więc działanie każdej sondy jest inne, przed użyciem musimy poznać jej działanie. Główne wskaźniki wydajności czujników ultradźwiękowych obejmują:

częstotliwość robocza

Częstotliwość robocza jest częstotliwością rezonansową płytki piezoelektrycznej. Gdy częstotliwość napięcia przemiennego przyłożonego do obu jego końców jest równa częstotliwości rezonansowej chipa, energia wyjściowa będzie najwyższa, a czułość będzie najwyższa.

Temperatura robocza

Ponieważ punkt Curie materiałów piezoelektrycznych jest na ogół stosunkowo wysoki, szczególnie w przypadku sond ultradźwiękowych do diagnostyki

Czujnik ultradźwiękowy

Moc jest niewielka, więc temperatura pracy jest stosunkowo niska i może pracować przez długi czas bezawaryjnie. Temperatura medycznych sond ultradźwiękowych jest stosunkowo wysoka i wymaga oddzielnego sprzętu chłodniczego.

Wrażliwość

Zależy to głównie od samej produkcji płytki. Współczynnik sprzężenia elektromechanicznego jest duży, a czułość wysoka; wręcz przeciwnie, czułość jest niska.

Kierunkowość

Zasięg wykrywania czujnika ultradźwiękowego

główne zastosowanie

Technologia wykrywania ultradźwiękowego jest stosowana w różnych aspektach praktyki produkcyjnej, a zastosowanie medyczne jest jednym z głównych zastosowań czujników ultradźwiękowych. Poniżej przedstawiono przykład medycyny ilustrujący zastosowanie technologii wykrywania ultradźwiękowego. Zastosowanie piezoelektrycznego przetwornika ultradźwiękowego w medycynie służy głównie do diagnozowania chorób i stał się niezastąpioną metodą diagnostyczną w medycynie klinicznej. Zaletami diagnostyki ultrasonograficznej są: brak bólu, brak uszkodzeń osoby badanej, prosta metoda, jasne obrazowanie, wysoka trafność diagnostyczna itp. Dzięki temu jest łatwa w promocji i cieszy się dużym uznaniem wśród pracowników medycznych i pacjentów. Diagnostyka ultrasonograficzna może opierać się na różnych zasadach medycznych. Przyjrzyjmy się jednej z reprezentatywnych tak zwanych metod typu A. Metoda ta wykorzystuje odbicie fal ultradźwiękowych. Kiedy fale ultradźwiękowe rozchodzą się w tkance ludzkiej i napotykają dwa interfejsy mediów o różnych impedancjach akustycznych, na interfejsie generowane jest odbite echo. Za każdym razem, gdy napotykana jest powierzchnia odbijająca, echo jest wyświetlane na ekranie oscyloskopu, a różnica impedancji pomiędzy dwoma interfejsami określa również amplitudę echa. W przemyśle typowymi zastosowaniami ultradźwięków są badania nieniszczące metali i ultradźwiękowy pomiar grubości. W przeszłości wiele technologii było utrudnionych, ponieważ nie były w stanie wykryć wnętrza tkanek obiektu. Pojawienie się technologii czujników ultradźwiękowych zmieniło tę sytuację. Oczywiście w różnych urządzeniach na stałe instaluje się więcej czujników ultradźwiękowych, które „po cichu” wykrywają potrzebne ludziom sygnały. W przyszłości w zastosowaniu czujników ultradźwiękowych ultradźwięki będą łączone z technologią informatyczną i nowymi technologiami materiałowymi, a pojawią się bardziej inteligentne i bardzo czułe czujniki ultradźwiękowe.

Zastosowanie technologii ultradźwiękowego czujnika odległości 

Fale ultradźwiękowe mają dużą zdolność przenikania cieczy i ciał stałych, szczególnie nieprzezroczystych ciał stałych, gdzie mogą przenikać na głębokość kilkudziesięciu metrów. Kiedy fala ultradźwiękowa uderza w zanieczyszczenie lub powierzchnię styku, powoduje znaczne odbicie, tworząc echo, a gdy uderza w poruszający się obiekt, może wywołać efekt Dopplera. Dlatego badania ultradźwiękowe są szeroko stosowane w przemyśle, obronie narodowej, biomedycynie itp. Ultradźwiękowe czujniki odległości mogą być szeroko stosowane w monitorowaniu poziomu (poziomu cieczy), zapobieganiu kolizjom robotów, różnych ultradźwiękowych przełącznikach zbliżeniowych i alarmach antykradzieżowych i innych pokrewnych dziedzinach. Są niezawodne w pracy, łatwe w montażu, wodoodporne, mały kąt startu, wysoka czułość. Wygodne jest łączenie z przemysłowymi przyrządami wyświetlającymi, dostępne są także sondy o większych kątach startu.

Aplikacja betonowa

1. Czujnik ultradźwiękowy może wykryć stan pojemnika. Kiedy czujnik ultradźwiękowy jest zainstalowany na górze zbiornika stopionego tworzywa sztucznego lub komory granulatu tworzywa sztucznego, po emisji do pojemnika fal dźwiękowych można odpowiednio przeanalizować stan pojemnika, np. pełny, pusty lub w połowie pełny.

2. Czujniki ultradźwiękowe można stosować do wykrywania obiektów przezroczystych, cieczy, wszelkich gęstych materiałów o chropowatych, gładkich i jasnych powierzchniach oraz obiektów nieregularnych. Nie nadaje się jednak do użytku na zewnątrz, w gorącym środowisku, w zbiornikach ciśnieniowych i przedmiotach piankowych.

3. Czujniki ultradźwiękowe mogą być stosowane w zakładach przetwórstwa spożywczego w celu realizacji systemu sterowania w pętli zamkniętej do wykrywania opakowań z tworzyw sztucznych. Dzięki nowej technologii może wykryć wilgotny pierścień, na przykład pralkę do butelek, środowisko hałaśliwe i środowisko o ekstremalnych zmianach temperatury.

4. Czujniki ultradźwiękowe mogą być używane do wykrywania poziomu cieczy, wykrywania przezroczystych obiektów i materiałów, kontrolowania napięcia i pomiaru odległości, głównie w opakowaniach, produkcji butelek, transporcie materiałów, kontroli węgla, przetwórstwie tworzyw sztucznych i przemyśle samochodowym. Czujniki ultradźwiękowe można wykorzystać do monitorowania procesów w celu poprawy jakości produktu, wykrywania defektów, określania obecności i innych aspektów. Korzystanie z technologii czujników ultradźwiękowych w celu zapobiegania nieprawidłowemu pedałowaniu. Nissan opracował funkcję zapobiegającą przyspieszaniu pojazdu w wyniku przypadkowego naciśnięcia pedału przyspieszenia, gdy zbliża się moment naciśnięcia hamulca. Przy użyciu kamer i czujników ultradźwiękowych do wnioskowania o sytuacji „parkowania na parkingu”, jeśli kierowca wciśnie pedał gazu i zacznie hamować. Technologia ta ma zostać wdrożona w praktyce w ciągu 2–3 lat. Technologia czujników ultradźwiękowych została opracowana, aby zapobiegać wypadkom spowodowanym naciśnięciem niewłaściwego hamulca i przyspieszenia podczas parkowania na parkingu.

Technologia jest realizowana przy użyciu czterech kamer wyposażonych w jedną z przodu, z tyłu, z lewej i prawej strony pojazdu oraz ośmiu czujników ultradźwiękowych w przednim i tylnym zderzaku. Cztery kamery wykorzystują kamerę „wyświetlającą widok przestrzenny”, która wyświetla widok otoczenia pojazdu z lotu ptaka. Użyj kamery do rozpoznawania białych linii, aby wywnioskować, że samochód znajduje się na parkingu, a czujnika ultradźwiękowego do pomiaru odległości między samochodem a otaczającymi go przeszkodami w celu określenia czasu hamowania. Zapobieganie wypadkom spowodowanym naciśnięciem niewłaściwego hamulca i przyspieszenia odbywa się w dwóch etapach. Kiedy kierowca chce się zatrzymać na parkingu, jeśli naciśnie pedał gazu, najpierw zmniejsza prędkość do prędkości pełzającej, za pomocą ikony na desce rozdzielczej sygnalizuje niebezpieczeństwo i włącza alarm. Jeżeli kierowca w dalszym ciągu naciska pedał przyspieszenia i wkrótce uderzy w ścianę lub inny przedmiot, nastąpi wymuszenie hamowania. Czas hamowania. Samochód może się zatrzymać, gdy znajdzie się w odległości około 20-30 cm od przeszkody.

Zasada działania

Ludzie słyszą dźwięk wytwarzany przez wibracje obiektu, a jego częstotliwość mieści się w zakresie czujnika ultradźwiękowego 20HZ-20KHZ, powyżej 20KHZ nazywa się ultradźwiękami, a poniżej 20HZ nazywa się infradźwiękami. Powszechnie stosowana częstotliwość ultradźwiękowa mieści się w zakresie od kilkudziesięciu KHZ do kilkudziesięciu MHZ. Ultradźwięki to rodzaj drgań mechanicznych w ośrodku sprężystym, który występuje w dwóch postaciach: oscylacji poprzecznej (fala poprzeczna) i oscylacji podłużnej (fala podłużna). Zastosowanie w przemyśle obejmuje głównie oscylacje wzdłużne. Fale ultradźwiękowe mogą rozchodzić się w gazach, cieczach i ciałach stałych, a ich prędkości propagacji są różne. Ponadto ma również zjawiska załamania i odbicia oraz tłumienie podczas propagacji. Częstotliwość fal ultradźwiękowych rozchodzących się w powietrzu jest niska, zwykle rzędu kilkudziesięciu KHZ, natomiast w ciałach stałych i cieczach częstotliwość może być wyższa. Tłumienie jest szybsze w powietrzu, podczas gdy rozprzestrzenia się w cieczy i ciałach stałych, tłumienie jest małe, a rozprzestrzenianie się jest dłuższe. Wykorzystując właściwości fal ultradźwiękowych, można je przekształcić w różne czujniki ultradźwiękowe, wyposażone w różne obwody i w różne ultradźwiękowe przyrządy i urządzenia pomiarowe, i są one szeroko stosowane w komunikacji, sprzęcie medycznym i innych aspektach.

Główne materiały ultradźwiękowe czujniki odległości to kryształ piezoelektryczny (elektrostryk) i stop niklowo-żelazowo-aluminiowy (magnetostrykcja). Materiały elektrostrykcyjne obejmują tytanian cyrkonu ołowiu (PZT) i tak dalej. Czujnik ultradźwiękowy składający się z kryształu piezoelektrycznego jest czujnikiem odwracalnym. Może przekształcać energię elektryczną w oscylacje mechaniczne w celu wygenerowania fal ultradźwiękowych. Jednocześnie, gdy odbierze fale ultradźwiękowe, można je również przekształcić w energię elektryczną, dzięki czemu można go podzielić na nadajniki lub odbiorniki. Niektóre czujniki ultradźwiękowe mogą być używane zarówno do wysyłania, jak i odbierania. Wprowadzono tutaj tylko małe czujniki ultradźwiękowe. Istnieje niewielka różnica pomiędzy wysyłaniem a odbieraniem. Nadaje się do transmisji w powietrzu, a częstotliwość robocza wynosi zazwyczaj 23-25 ​​KHZ i 40-45 KHZ. Ten typ czujnika ultradźwiękowego nadaje się do pomiaru odległości, kontroli czujnika ultradźwiękowego, zabezpieczenia przed kradzieżą i innych celów. Istnieją T/R-40-60, T/R-40-12 itp. (gdzie T oznacza wysyłanie, R oznacza odbieranie, 40 oznacza częstotliwość 40 KHZ, 16 i 12 oznaczają jego średnicę zewnętrzną w milimetrach). Dostępny jest również uszczelniony czujnik ultradźwiękowy. Jego cechą charakterystyczną jest to, że jest wodoodporny (ale nie można go wrzucić do wody), może służyć jako czujnik poziomu materiału i czujnik zbliżeniowy, a jego działanie jest lepsze. Istnieją trzy podstawowe typy zastosowań ultradźwiękowych. Typ transmisji używany jest do zdalnego sterowania, alarmu przeciwkradzieżowego, drzwi automatycznych, wyłącznika zbliżeniowego, typ oddzielonego odbicia służy do pomiaru odległości, poziomu cieczy lub poziomu materiału; typ odbicia służy do wykrywania wad materiału, pomiaru grubości itp. Składa się z czujnika wysyłającego (lub nadajnika fal), czujnika odbiorczego (lub odbiornika fal), części sterującej i części zasilającej. Czujnik nadajnika składa się z nadajnika i ceramicznego przetwornika wibracyjnego o średnicy około 15mm. Zadaniem przetwornika jest przekształcenie energii drgań elektrycznych wibratora ceramicznego w superenergię i wypromieniowanie w powietrze; podczas gdy czujnik odbiorczy składa się z ceramicznego przetwornika wibracyjnego. Wyposażony jest w obwód wzmacniacza, przetwornik odbiera falę w celu wytworzenia wibracji mechanicznych, przekształca ją w energię elektryczną na wyjściu odbiornika czujnika, aby wykryć transmitowany super. W rzeczywistym użyciu można również zastosować wibrator ceramiczny używany jako czujnik nadawczy. Używany jako wibrator ceramiczny dla odbiornika czujnika firmy. Część sterująca kontroluje głównie częstotliwość łańcucha impulsów, cykl pracy, rzadką modulację i zliczanie oraz odległość wykrywania wysyłaną przez nadajnik.

Program pracy

Jeśli wyślesz do czujnika piezoelektryczny kryształ ceramiczny (oscylator dwukrystaliczny) o częstotliwości rezonansowej 40 kHz. Czujnik ultradźwiękowy przykłada napięcie o wysokiej częstotliwości 40 kHz, a piezoelektryczny arkusz ceramiczny rozszerza się i kurczy zgodnie z polaryzacją przyłożonego napięcia o wysokiej częstotliwości, a następnie wysyła fale ultradźwiękowe o częstotliwości 40 kHz, które rozprzestrzeniają się w postaci gęstości (stopień gęstości może być modulowany przez obwód sterujący), oraz przekazać go do odbiornika fal. Odbiornik wykorzystuje zasadę efektu piezoelektrycznego wykorzystywanego przez czujnik ciśnienia, to znaczy wywierając nacisk na element piezoelektryczny, aby spowodować naprężenie elementu piezoelektrycznego, a następnie sinus 40KHz z biegunem „+” po jednej stronie i biegunem „-” po drugiej stronie. Napięcie. Ponieważ amplituda napięcia o wysokiej częstotliwości jest niewielka, należy je wzmocnić. Czujniki ultradźwiękowe umożliwiają kierowcy bezpieczne cofanie. Zasadą jest wykrywanie wszelkich przeszkód na ścieżce cofania lub w jej pobliżu i w odpowiednim czasie wysyłanie ostrzeżenia. Zaprojektowany wykrywacz ultradźwiękowego przetwornika odległości może jednocześnie zapewniać ostrzeżenia dźwiękowe i świetlne, a także wizualne. Ostrzeżenie wskazuje, że wykrywana jest odległość i kierunek przeszkód w martwej strefie. W ten sposób, niezależnie od tego, czy parkujesz, czy jedziesz w wąskim miejscu, za pomocą systemu alarmowego wykrywania przeszkód podczas cofania, stres psychiczny kierowcy zostanie zmniejszony, a kierowca będzie mógł z łatwością podjąć niezbędne działania.

Tryb pracy

Czujnik ultradźwiękowy wykorzystuje ultradźwiękową falę akustyczną do bezkontaktowej i pozbawionej zużycia detekcji wykrytego obiektu. Czujnik ultradźwiękowy może wykrywać obiekty przezroczyste lub kolorowe, metalowe i niemetalowe, substancje stałe, płynne i sypkie. Na skuteczność wykrywania nie mają praktycznie żadnego wpływu żadne warunki środowiskowe, w tym środowisko zadymione i zapylone oraz deszczowe dni.