Ultraljudsavståndsmätare

Frekvensen av ultraljudsgivare som människor kan höra är 20Hz~2KHz, det vill säga hörbara ljudvågor. Ljudet utanför detta frekvensområde, ultraljudet under 20Hz kallas lågfrekvent ljudvåg, och ultraljudet över 20KHz kallas u ltraljud ( ultraljud ), frekvensen för allmänt tal. .Området är 10Hz-8KHz. u ltraljud har bra riktningsförmåga, stark penetreringsförmåga, lätt att få koncentrerad ljudenergi och har långa avstånd i vatten. Ultraljud har fått sitt namn eftersom dess nedre frekvensgräns är ungefär lika med den övre gränsen för mänsklig hörsel.

 

Ultraljudsfrekvensfördelning

Ultraljudsvågor kan fortplanta sig i gaser, vätskor och fasta ämnen med olika hastigheter. Vågformen för ultraljudsvågor som utbreder sig i ett medium beror på vilken typ av kraft mediet tål och hur man exciterar ultraljudsvågor på mediet.

 

Vanligtvis finns det tre typer:

(1) Longitudinell vågtyp

När partikelvibrationsriktningen i mediet överensstämmer med utbredningsriktningen för ultraljudsvågen är ultraljudsvågen i longitudinell vågmod. Vilket fast medium som helst kan producera longitudinella vågor när dess volym ändras växelvis. Tillämpningen inom industrin antar huvudsakligen longitudinell oscillation.

(2) Skjuvvågstyp

När vibrationsriktningen för partikeln i mediet är vinkelrät mot utbredningsriktningen för ultraljudsvågen, är ultraljudsvågen en tvärgående våg. Eftersom det fasta mediet kan bära skjuvdeformation utöver volymdeformation, kan skjuvvågor genereras när skjuvkraften växelvis verkar på det fasta mediet. Skjuvvågor kan bara fortplanta sig i fasta medier.

 

(3) Ytvågsläge

Det är en våg med dubbla egenskaper av longitudinell våg och tvärgående våg som fortplantar sig längs den fasta ytan. Ytvågen kan betraktas som en syntes av longitudinella vågor parallella med ytan och tvärgående vågor vinkelräta mot ytan. Den vibrerande partikelns bana är en ellips. Amplituden är som starkast på djupet 1/4 våglängd från ytan, och den dämpas snabbt när djupet ökar . Faktum är att amplituden för partikelvibrationer redan är mycket svag när den är mer än en våglängd bort från ytan. Dessutom har ultraljudsvågor också refraktions- och reflektionsfenomen, och de dämpas under fortplantningen. Ultraljud fortplantar sig i luften och dess frekvens är låg, vanligtvis tiotals KHz, medan den  är  fast och flytande kan frekvensen vara högre. Den dämpas snabbare i luften, men sprider sig i vätskor och fasta ämnen med mindre dämpning och längre spridning.

Utnyttja egenskaperna hos ultraljudsavståndssensor , den kan göras till olika ultraljudssensorer, kopplade till olika kretsar, och göras till olika ultraljudsmätinstrument och enheter, som kan användas för avståndsmätning, hastighetsmätning, rengöring, svetsning, grus, sterilisering, etc., och inom kommunikation, medicin , hushållsapparater, militär, industri, jordbruk och andra aspekter används flitigt. Det finns många metoder som kan generera ultraljudsvågor, vanligen använda är piezoelektrisk effektmetod, magnetostriktiv effektmetod, elektrostatisk effektmetod och elektromagnetisk effektmetod. När en kort spänningspuls appliceras på de två polerna på den piezoelektriska skivan, på grund av den omvända piezoelektriska effekten, kommer den piezokeramiska skivan att genomgå elastisk deformation och producera elastisk oscillation. Svängningsfrekvensen är relaterad till skivans tjocklek och ljudets hastighet. Rätt val av skivans tjocklek kan erhålla elastiska vågor i ultraljudsfrekvensområdet, det vill säga ultraljudsvågor. Det som sänds ut på detta sätt är ett ultraljudsvågspaket, vanligtvis kallat en pulsvåg.

 

Ultraljudsavståndsgivare ​

Ultraljudsavståndsmätningssensor används huvudsakligen i bilbackradar, robotautomatisk gång för att undvika hinder, byggarbetsplatser och vissa industriplatser som  vätskenivå, brunnsdjup, rörledningslängd och andra tillfällen. Det finns för närvarande två vanliga ultraljudsavståndsgivare ,  den ena är en ultraljudsavståndsgivare baserad  på en enkelchips eller inbäddad enhet, och den andra är ett ultraljudsavståndssystem baserat på en CPLD (Complex Programmable Logic Device). Flera scheman användes i experimentet, genom  att använda inbäddad enhetsprogrammering för att generera en fyrkantsvåg med en frekvens på 40KHz  givare  som förstärktes av den sändande drivkretsen för att få den sändande änden av ultraljudssensorn att svänga och avge ultraljudsvågor. Ultraljudsvågen reflekteras tillbaka av sändaren, tas emot av sensorns mottagande ände och förstärks och formas sedan av mottagningskretsen. Ultraljudsavståndsgivaren  .  med inbäddad mikrokärna registrerar tiden för ultraljudsstrålning och tiden för reflekterad våg genom inbyggd utrustning När den reflekterade vågen från ultraljudsvågen tas emot sker ett hopp vid utgångsänden av den mottagande kretsen. Genom att räkna timern och beräkna tidsskillnaden kan motsvarande avstånd beräknas.

 

Principen för u ltrasonic r anging  transducer

Principen för ultraljudsavståndsmätningsgivare  är att använda den kända utbredningshastigheten för ultraljudsvågor i luften för att mäta den tid det tar för ljudvågorna att stöta på hinder och reflektera tillbaka efter att de sänds ut, och för att beräkna det faktiska avståndet från emissionspunkten till hindret baserat på tidsskillnaden mellan emission och mottagning. Först och främst sänder ultraljudsgivarens givare ut ultraljudsvågor i en viss riktning och börjar tajma samtidigt som emissionstiden. Ultraljudsvågorna fortplantar sig i luften, och de återkommer omedelbart när de stöter på hinder på vägen, och ultraljudsmottagaren slutar tajma omedelbart efter att ha tagit emot de reflekterade vågorna. Utbredningshastigheten för ultraljudsvågor i luften är C=340m/s. Enligt tiden T sekunder som registreras av timern kan avståndet L mellan emissionspunkten och hindret beräknas, nämligen: L= C×T /2. Detta är den så kallade tidsskillnadsmetoden. Eftersom ultraljud också  är en slags ljudvåg är dess ljudhastighet C relaterad till temperaturen. Tabell 1 listar ljudhastigheten vid flera olika temperaturer. Vid användning, om temperaturen inte förändras mycket, kan man anse att ljudhastigheten är i princip konstant. Om avståndsmätningsnoggrannheten är mycket hög bör den korrigeras med temperaturkompensation.

 

Förhållandet mellan ultraljudsvågens hastighet och temperatur

På grund av fördelarna med enkel riktad emission av ultraljudsvågor, bra riktning, enkel kontroll av intensiteten och inget behov av direktkontakt med det uppmätta objektet, är det ett idealiskt val för att mäta reverseringsavståndet. Ultraljud fortplantar sig i en rak linje. Ju högre frekvens, desto svagare diffraktionsförmåga, men desto starkare reflektionsförmåga. Därför, ultraljudssensorer mögel kan göras genom att använda denna egenskap hos ultraljudsvågor. Dessutom färdas ultraljudsvågor långsamt i luften, vilket gör användningen av ultraljudssensorer enkel. Ultraljudssensorer är sensorer utvecklade med hjälp av egenskaperna hos ultraljudsvågor. Ultraljud är en mekanisk våg med en vibrationsfrekvens som är högre än den för ljudvågor, som genereras av vibrationen från givarchippet under excitation av spänning. Den har hög frekvens, kort våglängd, litet diffraktionsfenomen, särskilt bra riktningsförmåga, och kan orienteras som strålspridningsegenskaper. Ultraljud har en stor penetreringsförmåga till vätskor och fasta ämnen, speciellt i fasta ämnen som är ogenomskinliga för solljus, det kan penetrera till tiotals meters djup. Ultraljudsvågor kommer att producera betydande reflektioner när de möter föroreningar eller gränssnitt för att bilda ekon, och när de möter rörliga föremål kommer de att producera Doppler-effekter. Därför används ultraljudsdetektering i stor utsträckning inom industri, nationellt försvar, biomedicin etc. u ltraljud används som detekteringsmetod och ultraljudsvågor måste genereras och tas emot. Enheten som utför denna funktion är en ultraljudssensor, som vanligtvis kallas en ultraljudsgivare, eller en ultraljudssond.

 

Ultraljudssensorn består huvudsakligen av en bimorf vibrator, en konisk resonansplatta och elektroder. När en viss spänning appliceras mellan de två elektroderna, Den piezoelektriska keramiska skivan kommer att komprimeras för att producera mekanisk deformation, och den piezoelektriska skivan kommer att återgå till sin ursprungliga form efter att spänningen har tagits bort. Om en spänning appliceras mellan de två polerna vid en viss frekvens, kommer den piezoelektriska keramiken  också att vibrera vid en viss frekvens. Det testas att egenfrekvensen för denna typ av piezoelektrisk givare  är 38,4 KHz, och en fyrkantsvågspulssignal med en frekvens på 40 KHz  givare  appliceras på de två polerna. Vid denna tidpunkt resonerar det piezoelektriska chipet och avger ultraljudsvågor. På samma sätt kommer en ultraljudssensor utan extern pulssignal också att resonera när resonansplattan tar emot ultraljudsvågor, och en elektrisk signal kommer att genereras mellan de två polerna. Ultraljudssonden består huvudsakligen av piezoelektriska wafers, som både kan sända och ta emot ultraljudsvågor. med låg effekt Ultraljudsgivare används mest för detektion. Den har många olika strukturer, som kan delas in i rak sond (längdvåg), sned sond (skjuvvåg), ytvågssond (ytvåg), lammvågssond (lamvåg), dubbelsond (en sondreflektion, en sondmottagning) vänta.