Principiul tehnic și aplicarea traductorului cu ultrasunete

         Principiul tehnic și aplicarea traductorului cu ultrasunete

Traductoarele cu ultrasunete sunt senzori dezvoltați folosind caracteristicile undelor ultrasonice. Ultrasunetele este o undă mecanică cu o frecvență de vibrație mai mare decât cea a undelor sonore, care este generată de vibrația cipului traductorului sub excitarea tensiunii. Are frecvență înaltă, lungime de undă scurtă, fenomen de difracție mic, în special direcționalitate bună și poate fi orientat ca caracteristici de diseminare a razelor. Ultrasunetele au o mare capacitate de penetrare la lichide și solide, în special în solidele care sunt opace la lumina soarelui, pot pătrunde la o adâncime de zeci de metri. Undele ultrasonice vor produce reflexii semnificative atunci când întâlnesc impurități sau interfețe pentru a forma ecouri, iar atunci când întâlnesc obiecte în mișcare, vor produce efecte Doppler. Prin urmare, detectarea cu ultrasunete este utilizată pe scară largă în industrie, apărare națională, biomedicină etc. Traductorul cu ultrasunete pentru distanță este utilizat ca metodă de detectare, iar undele ultrasonice trebuie generate și recepționate. Dispozitivul care completează această funcție este un senzor cu ultrasunete, care se numește în mod obișnuit dispozitiv medical sau o sondă cu ultrasunete.

The Sonda traductorului ultrasonic este compusă în principal din ceramică piezoelectrică, care poate transmite și recepționa unde ultrasonice. Sondele cu ultrasunete de putere redusă sunt utilizate în principal pentru detectare. Are multe structuri diferite, care pot fi împărțite în sondă dreaptă (undă longitudinală), sondă oblică (undă de forfecare), sondă de undă de suprafață (undă de suprafață), sondă de undă de miel (undă de miel), sondă dublă (reflexia unei sonde, recepția unei sonde) așteptați.

Miezul unui traductorul de nivel cu ultrasunete este o ceramică piezoelectrică în manta sa din plastic sau metal. Există multe tipuri de materiale care alcătuiesc napolitana. Mărimea cipului, cum ar fi diametrul și grosimea, este, de asemenea, diferită, astfel încât performanța fiecărei sonde este diferită și trebuie să cunoaștem performanțele acesteia în avans înainte de a o folosi. Principalii indicatori de performanță ai senzorilor cu ultrasunete includ:

(1) Frecvența de lucru. Frecvența de funcționare a traductorului de distanță cu ultrasunete este frecvența de rezonanță a cristalului ceramic piezoelectric. Când frecvența tensiunii AC aplicată la cele două capete ale sale este egală cu frecvența de rezonanță a cipului, energia de ieșire este cea mai mare și sensibilitatea este cea mai mare.

(2) Temperatura de lucru. Deoarece punctul de curie al materialului piezoelectric este în general relativ ridicat, mai ales când puterea Sonda piezoelectrică cu ultrasunete pentru diagnosticare este relativ mică, temperatura de lucru este relativ scăzută și poate funcționa mult timp fără defecțiuni. Temperatura sondei cu ultrasunete folosită în tratamentul medical este relativ ridicată și este necesar un dispozitiv de răcire separat.

(3) Sensibilitate. Depinde mult de fabricarea napolitanei în sine. Cu cât coeficientul de cuplare electromecanic este mai mare, cu atât sensibilitatea este mai mare; în caz contrar, cu atât sensibilitatea este mai mică.

Structura și principiul de funcționare

Când se aplică tensiune la Traductor din ceramică piezoelectrică , deformarea mecanică va apărea cu modificări ale tensiunii și frecvenței. Pe de altă parte, atunci când ceramica piezoelectrică este vibrată, se generează o sarcină electrică. Folosind acest principiu, atunci când un semnal electric este aplicat unui vibrator compus din două ceramică piezoelectrică sau o ceramică piezoelectrică și o foaie de metal, așa-numitul element bimorf, unde ultrasonice vor fi emise din cauza vibrației de încovoiere. În schimb, atunci când vibrații ultrasonice sunt aplicate elementului bimorf, este generat un semnal electric. Pe baza efectelor de mai sus, ceramica piezoelectrică poate fi folosită ca senzori ultrasonici.

La fel ca un traductor cu ultrasunete, un vibrator compozit este fixat flexibil pe bază. Vibratorul compozit este o combinație între un rezonator și un vibrator cu element bimorf constând dintr-o placă metalică și o placă ceramică piezoelectrică. Rezonatorul are forma unei trompete, scopul este de a radia eficient undele ultrasonice generate de vibrație și de a focaliza eficient undele ultrasonice pe cea mai importantă parte a vibratorului.

Traductorul cu ultrasunete pentru utilizare în exterior trebuie să aibă o etanșare bună pentru a preveni pătrunderea rouei, ploii și prafului. Ceramica piezoelectrică este fixată pe partea interioară a superioară a cutiei metalice. Baza este fixată de capătul deschis al cutiei și acoperită cu rășină. Pentru senzorii cu ultrasunete utilizați la roboții industriali, grosimea este necesară pentru a ajunge la 1 mm și are radiații ultrasonice puternice.

Este imposibil să se realizeze acest lucru la frecvențe mai mari de 70 kHz folosind vibrația de îndoire a unui vibrator cu element bimorf convențional. Prin urmare, în detectarea de înaltă frecvență, trebuie utilizată ceramică piezoelectrică cu modul de vibrație de grosime verticală. În acest caz, potrivirea impedanței acustice a ceramicii piezoelectrice și a aerului devine foarte importantă. Impedanța acustică a ceramicii piezoelectrice este de 2,6×107kg/m2s, în timp ce impedanța acustică a aerului este de 4,3×102kg/m2s. Diferențele de puteri de 5 conduc la pierderi substanțiale la suprafața radiantă vibrantă piezoceramică. Un material special lipit de ceramica piezoelectrică acționează ca un strat de potrivire acustică, potrivind impedanța acustică a aerului. Această structură poate permite senzorului cu ultrasunete să funcționeze normal chiar și atunci când frecvența este la fel de mare ca sute de kHz.