Що таке датчики ультразвукового перетворювача

Датчики ультразвукового перетворювача розроблені з використанням характеристик ультразвукових хвиль. Ультразвукова хвиля – це механічна хвиля з вищою частотою коливань, ніж звукова. Він генерується вібрацією мікросхеми перетворювача під дією напруги. Він має високу частоту, коротку довжину хвилі, невелике явище дифракції, особливо хорошу спрямованість і може бути спрямований на промені. Розповсюдження та інші характеристики. Ультразвукові хвилі мають чудову здатність проникати через рідини та тверді тіла, особливо в тверді тіла, непрозорі для сонячного світла. Він може проникати на глибину десятків метрів. Коли ультразвукова хвиля потрапляє на домішку або поверхню розділу, вона виробляє значне відображення, утворюючи луну, і може створювати ефект Доплера, коли вона потрапляє на рухомий об’єкт. Датчики, розроблені на основі ультразвукових характеристик, називаються 'ультразвуковими датчиками' і широко використовуються в промисловості, національній обороні та біомедицині.

компонент

Ультразвукові перетворювачі в основному складаються з п’єзоелектричних пластин, перетворювач ультразвукового діапазону може передавати і приймати ультразвукові хвилі. Для виявлення в основному використовуються малопотужні ультразвукові зонди. Він має багато різних структур, які можна розділити на прямий зонд (поздовжня хвиля), косий зонд (поперечна хвиля), зонд поверхневої хвилі (поверхнева хвиля), зонд хвилі Лемба (хвиля Лемба), подвійний зонд (один зонд передається, один зонд приймається) Зачекайте.

Продуктивність

Серцевиною ультразвукового датчика є a мікросхема п’єзоелектричного ультразвукового датчика в пластиковій або металевій оболонці. Для виготовлення пластини може бути багато видів матеріалів. Розмір пластини, такий як діаметр і товщина, також різний, тому продуктивність кожного зонда різна, ми повинні знати його продуктивність перед використанням. До основних показників роботи ультразвукових датчиків відносяться:

робоча частота

Робоча частота - це резонансна частота п'єзоелектричної пластини. Коли частота напруги змінного струму, що подається на обидва його кінці, дорівнює резонансній частоті мікросхеми, вихідна енергія буде найвищою, а чутливість – найвищою.

Робоча температура

Оскільки точка Кюрі п’єзоелектричних матеріалів, як правило, відносно висока, особливо для ультразвукових зондів для діагностики

Ультразвуковий датчик

Потужність невелика, тому робоча температура відносно низька, і він може працювати тривалий час без збоїв. Температура медичних ультразвукових датчиків відносно висока і вимагає окремого холодильного обладнання.

Чутливість

Головним чином залежить від самого виготовлення пластини. Коефіцієнт електромеханічного зчеплення великий, а чутливість висока; навпаки, чутливість низька.

Спрямованість

Дальність виявлення ультразвукового датчика

основне застосування

Ультразвукова сенсорна технологія застосовується в різних аспектах виробничої практики, і медичне застосування є одним із основних застосувань ультразвукових датчиків. Нижче використовується медицина як приклад, щоб проілюструвати застосування ультразвукової сенсорної технології. Застосування п'єзоелектричного ультразвукового перетворювача в медицині в основному для діагностики захворювань, і він став незамінним діагностичним методом у клінічній медицині. Перевагами ультразвукової діагностики є: безболісність, відсутність шкоди для обстежуваного, простий метод, чіткість зображення, висока точність діагностики тощо. Тому її легко популяризувати та вітати медичні працівники та пацієнти. Ультразвукова діагностика може базуватися на різних медичних принципах. Давайте розглянемо один із типових методів так званого типу А. У цьому методі використовується відбиття ультразвукових хвиль. Коли ультразвукові хвилі поширюються в тканинах людини та стикаються з двома інтерфейсами середовища з різними акустичними опорами, на межі розділу генеруються відбиті луна. Щоразу, коли зустрічається поверхня, що відбиває, ехо-сигнал відображається на екрані осцилографа, а різниця імпедансів між двома інтерфейсами також визначає амплітуду ехо-сигналу. У промисловості типовим застосуванням ультразвуку є неруйнівний контроль металів і ультразвукове вимірювання товщини. У минулому багато технологій перешкоджали тому, що вони не могли виявити внутрішню частину тканин об’єкта. Поява ультразвукової технології змінила цю ситуацію. Звичайно, більше ультразвукових датчиків стаціонарно встановлено на різних пристроях, щоб «тихо» виявляти потрібні людям сигнали. При застосуванні ультразвукових датчиків у майбутньому ультразвук буде поєднуватися з інформаційними технологіями та технологіями нових матеріалів, і з’являться більш інтелектуальні та високочутливі ультразвукові датчики.

Технологія застосування ультразвукового датчика відстані 

Ультразвукові хвилі мають велику здатність проникати через рідини та тверді тіла, особливо в непрозорі тверді тіла, де вони можуть проникати на глибину десятків метрів. Коли ультразвукова хвиля потрапляє на домішку або межу розділу, вона виробляє значне відображення, утворюючи луну, і може створювати ефект Доплера, коли вона потрапляє на рухомий об’єкт. Тому ультразвукове тестування широко використовується в промисловості, національній обороні, біомедицині тощо. Ультразвукові датчики відстані можна широко використовувати для контролю рівня (рівня рідини), роботи проти зіткнень, різних ультразвукових безконтактних перемикачів, протиугінної сигналізації та інших суміжних областях. Вони надійні в роботі, прості в установці, водонепроникні, малий кут запуску, висока чутливість, зручно підключатися до промислових індикаторних приладів, а також передбачені зонди з більшими кутами запуску.

Застосування бетону

1. Ультразвуковий датчик може визначити стан контейнера. Коли ультразвуковий датчик встановлено у верхній частині пластикового резервуара для розплаву або камери для пластикових гранул, коли звукові хвилі випромінюються в контейнер, статус контейнера можна аналізувати відповідно, наприклад, повний, порожній або наполовину заповнений.

2. Ультразвукові датчики можна використовувати для виявлення прозорих об'єктів, рідин, будь-яких щільних матеріалів з шорсткими, гладкими та світлими поверхнями, а також об'єктів неправильної форми. Але він не підходить для використання на відкритому повітрі, у жаркому середовищі або для баків під тиском і пінопласту.

3. Ультразвукові датчики можуть бути використані на заводах харчової промисловості для реалізації замкнутої системи контролю для виявлення пластикової упаковки. Завдяки новій технології він може виявляти у вологому кільці, наприклад машину для миття пляшок, шумове середовище та середовище з екстремальними змінами температури.

4. Ультразвукові датчики можна використовувати для визначення рівня рідини, виявлення прозорих об’єктів і матеріалів, контролю напруги та вимірювання відстаней, головним чином для упаковки, виготовлення пляшок, транспортування матеріалів, перевірки вугілля, обробки пластику та автомобільної промисловості. Ультразвукові датчики можна використовувати для моніторингу процесу для покращення якості продукції, виявлення дефектів, визначення наявності та інших аспектів. Використання технології ультразвукового датчика для запобігання неправильному натисканню педалей. Компанія Nissan розробила функцію, яка запобігає прискоренню автомобіля через випадкове натискання на педаль газу, коли збираються натиснути на гальмо. При використанні камер і ультразвукових датчиків для висновку про ситуацію «парковка на парковці», якщо водій форсує гальма, натиснувши на педаль газу. Цю технологію планується ввести в практичне використання протягом 2-3 років. Ультразвукова сенсорна технологія була розроблена для запобігання нещасним випадкам, спричиненим неправильним натисканням гальм і газу під час паркування на парковці.

Технологія реалізована за допомогою чотирьох камер, по одній спереду, ззаду, ліворуч і справа автомобіля, а також восьми ультразвукових датчиків у передньому та задньому бамперах. Чотири камери використовують камеру 'дисплей кругового огляду', яка відображає вид навколо автомобіля з висоти пташиного польоту. Використовуйте камеру, щоб розпізнавати білі лінії, щоб зробити висновок, що автомобіль стоїть на парковці, і використовуйте ультразвуковий датчик, щоб виміряти відстань між автомобілем і навколишніми перешкодами, щоб визначити час гальмування. Запобігання нещасним випадкам, спричиненим неправильним натисканням на гальмо та акселератор, здійснюється у два етапи. Коли водій хоче зупинитися на парковці, якщо він натискає на педаль газу, він спочатку знижує швидкість до повзучої, використовує значок на приладовій панелі, щоб вказати на небезпеку, і подає звуковий сигнал. Якщо водій продовжує натискати на педаль газу і збирається вдаритися об стіну чи інші предмети, гальмування буде примусове. Момент гальмування. Автомобіль може зупинитися, коли він знаходиться на відстані приблизно 20-30 см від перешкоди.

Принцип роботи

Люди можуть почути звук, створений вібрацією об’єкта, і його частота знаходиться в діапазоні 20 Гц-20 кГц ультразвукового датчика, понад 20 кГц називається ультразвуком, а нижче 20 Гц називається інфразвуком. Зазвичай використовувана ультразвукова частота коливається від десятків КГц до десятків МГц. Ультразвук — це різновид механічних коливань у пружному середовищі, які мають дві форми: поперечні коливання (поперечна хвиля) і поздовжні коливання (поздовжня хвиля). Застосування в промисловості в основному приймає поздовжнє коливання. Ультразвукові хвилі можуть поширюватися в газах, рідинах і твердих тілах, і їх швидкість поширення різна. Крім того, він також має явища заломлення та відбиття, а також ослаблення під час поширення. Частота ультразвукових хвиль, що поширюються в повітрі, низька, як правило, десятки кГц, тоді як у твердих тілах і рідинах частота може бути вищою. Загасання відбувається швидше в повітрі, тоді як воно поширюється в рідині та твердому стані, загасання невелике, а поширення довше. Використовуючи характеристики ультразвукових хвиль, з нього можна створити різні ультразвукові датчики, оснащені різними схемами, а також різні ультразвукові вимірювальні прилади та пристрої, які широко використовуються в комунікації, медичних приладах та інших аспектах.

Основні матеріали с Ультразвукові датчики відстані являють собою п'єзоелектричний кристал (електрострикція) і нікель-залізо-алюмінієвий сплав (магнітострикція). До електрострикційних матеріалів належать титанат цирконат свинцю (PZT) тощо. Ультразвуковий датчик, що складається з п’єзоелектричного кристала, є реверсивним датчиком. Він може перетворювати електричну енергію в механічні коливання для генерації ультразвукових хвиль. У той же час, коли він отримує ультразвукові хвилі, він також може бути перетворений в електричну енергію, тому його можна розділити на передавачі або приймачі. Деякі ультразвукові датчики можна використовувати як для надсилання, так і для отримання. Тут впроваджені лише маленькі ультразвукові датчики. Існує невелика різниця між відправленням і отриманням. Він підходить для передачі в повітрі, а робоча частота зазвичай становить 23-25 ​​кГц і 40-45 кГц. Цей тип ультразвукового датчика підходить для вимірювання дальності, ультразвукового сенсорного контролю, захисту від крадіжок та інших цілей. Є T/R-40-60, T/R-40-12 тощо (де T означає відправлення, R означає отримання, 40 означає частоту 40 кГц, 16 і 12 означають його зовнішній діаметр у міліметрах). Також є герметичний ультразвуковий датчик. Його характеристика полягає в тому, що він водонепроникний (але його не можна опускати у воду), його можна використовувати як перемикач рівня матеріалу та безконтактний перемикач, і його продуктивність краща. Існує три основних типи ультразвукових застосувань: тип передачі використовується для дистанційного керування, протиугінна сигналізація, автоматичні двері, безконтактний перемикач, тип розділеного відбиття використовується для вимірювання відстані, рівня рідини або рівня матеріалу; тип відбиття використовується для дефектоскопії матеріалу, вимірювання товщини тощо. Він складається з датчика надсилання (або хвильового передавача), приймального датчика (або хвильового приймача), частини керування та частини джерела живлення. Датчик передавача складається з передавача та керамічного вібратора діаметром приблизно 15 мм. Функція перетворювача полягає в тому, щоб перетворювати електричну вібраційну енергію керамічного вібратора в суперенергію та випромінювати в повітря; в той час як приймальний датчик складається з керамічного перетворювача вібратора. Складається зі схемою підсилювача, перетворювач приймає хвилю для створення механічної вібрації, перетворює її в електричну енергію на виході приймача датчика, щоб виявити передане супер. У реальному використанні також можна використовувати керамічний вібратор, який використовується як передавальний датчик. Використовується як керамічний вібратор для приймача сенсорної компанії. Контрольна частина в основному контролює частоту ланцюга імпульсів, робочий цикл, розріджену модуляцію та підрахунок, а також відстань виявлення, яку надсилає передавач.

Робоча програма

Якщо ви посилаєте в датчик п’єзоелектричний керамічний кристал (подвійний кристалічний генератор) із резонансною частотою 40 кГц. Ультразвуковий датчик подає високочастотну напругу 40 кГц, і п’єзоелектричний керамічний лист розширюється та стискається відповідно до полярності прикладеної високочастотної напруги, а потім надсилає ультразвукові хвилі частоти 40 кГц, які поширюються у формі щільність (ступінь щільності може модулюватися ланцюгом керування) , і передати її в приймач хвилі. Приймач використовує принцип п’єзоелектричного ефекту, який використовується датчиком тиску, тобто застосування тиску до п’єзоелектричного елемента, щоб викликати напругу п’єзоелектричного елемента, а потім синуса 40 кГц із полюсом '+' з одного боку та полюсом '-' з іншого боку Напруга. Оскільки амплітуда високочастотної напруги мала, її необхідно підсилити. Ультразвукові датчики дозволяють водієві безпечно рухатися заднім ходом. Принцип полягає в тому, щоб виявляти будь-які перешкоди на задньому шляху або поблизу нього та вчасно попереджати. Розроблений ультразвуковий датчик відстані для виявлення може забезпечувати як звукові, так і світлові звукові та візуальні попередження одночасно. Попередження вказує на те, що визначено відстань і напрямок перешкод у сліпій зоні. Таким чином, незалежно від того, чи ви паркуєтесь, чи їдете у вузькому місці, за допомогою системи виявлення перешкод при русі заднім ходом психологічний тиск водія буде знижено, і водій зможе з легкістю виконувати необхідні дії.

Режим роботи

Ультразвуковий датчик використовує середовище ультразвукової акустичної хвилі для безконтактного та беззношуваного виявлення виявленого об’єкта. Ультразвуковий датчик може виявляти прозорі або кольорові предмети, металеві та неметалеві предмети, тверді, рідкі та порошкоподібні речовини. На його ефективність виявлення майже не впливають будь-які умови навколишнього середовища, зокрема дим і пил, а також дощові дні.