Ultrazvukový snímač vzdálenosti

        Ultrazvukové senzory jsou senzory vyvinuté s využitím charakteristik ultrazvuku. Ultrazvukové snímače vzdálenosti jsou snímače, které převádějí ultrazvukové signály na jiné energetické signály (obvykle elektrické signály). Ultrazvuk je mechanické vlnění s frekvencí vibrací vyšší než 20 kHz. Vyznačuje se vysokou frekvencí, krátkou vlnovou délkou, malým difrakčním jevem, zvláště dobrou směrovostí a může být paprskovým a směrovým šířením. Ultrazvuk má velkou schopnost pronikat kapalinami a pevnými látkami, zejména pevnými látkami, které jsou pro sluneční záření neprůhledné. Ultrazvukové vlny, které se setkají s nečistotami nebo rozhraními, budou produkovat významné odrazy a vytvoří odražené ozvěny a dotyk pohybujících se objektů může způsobit Dopplerův efekt. Ultrazvukové senzory jsou široce používány v průmyslu, národní obraně, biomedicíně atd.

Zařízení, které provádí tuto funkci, je ultrazvukový senzor, který se tradičně nazývá ultrazvukový převodník nebo ultrazvuková sonda.

Hlavní ukazatele výkonu ultrazvukových senzorů

Jádrem ultrazvukové sondy je piezoelektrický čip v plastovém nebo kovovém plášti. Oplatek může být tvořen mnoha druhy materiálů. Velikost plátku, jako je průměr a tloušťka, se také liší, takže výkon každé sondy je jiný, před použitím musíme pochopit její výkon. Mezi hlavní výkonnostní ukazatele ultrazvukových senzorů patří:

    (1) Pracovní frekvence. Pracovní frekvence je rezonanční frekvence piezoelektrického plátku. Když je frekvence střídavého napětí na něj přiváděna rovna rezonanční frekvenci čipu, výstupní energie je největší a citlivost je také nejvyšší.

    (2) Pracovní teplota. Vzhledem k tomu, že Curieův bod piezoelektrických materiálů je obecně relativně vysoký, zvláště když ultrazvuková sonda pro diagnostiku používá méně energie, je pracovní teplota relativně nízká a může pracovat po dlouhou dobu bez selhání. Lékařské ultrazvukové sondy mají relativně vysoké teploty a vyžadují samostatné chladicí zařízení.

    (3) Citlivost. Záleží především na samotné výrobě oplatky. Koeficient elektromechanické vazby je velký a citlivost je vysoká; jinak je citlivost nízká.

Struktura a princip činnosti

    Při přivedení napětí na piezoelektrickou keramiku dojde k mechanické deformaci se změnami napětí a frekvence. Na druhé straně, když piezoelektrická keramika vibruje, vzniká náboj. Při použití tohoto principu, kdy je elektrický signál přiveden na vibrátor složený ze dvou piezoelektrických keramik nebo piezoelektrické keramiky a kovového plechu, tzv. bimorfního prvku, jsou emitovány ultrazvukové vlny v důsledku ohybové vibrace. Naopak, když se na bimorfní prvek aplikuje ultrazvuková vibrace, generuje se elektrický signál. Na základě výše uvedených efektů lze piezoelektrickou keramiku použít jako ultrazvukové senzory.

    Složený vibrátor je stejně jako ultrazvukový senzor pružně upevněn na základně. Kompozitní vibrátor je kombinací rezonátoru a bimorfního piezoelektrického vibrátoru složeného z kovového plechu a piezoelektrického keramického plechu. Rezonátor je ve tvaru trubky, účelem je efektivně vyzařovat ultrazvukové vlny vznikající vlivem vibrací a efektivně koncentrovat ultrazvukové vlny ve střední části vibrátoru.

    Výhody ultrazvukového snímače vzdálenosti: podélné rozlišení je vysoké a dokáže identifikovat průhledné, průsvitné a rozptýlené reflexní objekty; zvláště vhodné pro bezkontaktní měření ve tmě, vlhku a jiných náročných podmínkách; založené na ultrazvukovém senzorovém snímacím systému Je snadné realizovat miniaturizaci a integraci.