Wie funktionieren Ultraschallsensoren?

Ultraschallsensoren sind Geräte, die Ultraschallsignale in andere Energiesignale (normalerweise elektrische Signale) umwandeln, um den Abstand vom Sensor zum Zielobjekt zu messen.Ultraschallwellen sind mechanische Wellen mit einer Schwingungsfrequenz von mehr als 20 kHz und weisen die Eigenschaften einer hohen Frequenz, einer kurzen Wellenlänge, eines kleinen Beugungsphänomens und insbesondere einer guten Richtwirkung auf, die zu Strahlen werden und sich direktional ausbreiten können.

Der Ultraschallsensor kann als Ultraschall-Abstandssensor verwendet werden, um die Entfernung eines Zielobjekts zu messen und das Vorhandensein sowie die Bewegung des Objekts zu erkennen, indem die elektrischen Signale an den 40-kHz-Keramikwandler (Sender) angelegt werden, um Ultraschallwellen zu übertragen und umzuwandeln reflektierten Schall in elektrische Signale umwandeln (siehe Bild).

Ein Paar Ultraschallsensoren besteht aus einem Sender und einem Empfänger, die als separate Einheiten erhältlich oder zusammen als einzelne Einheit eingebettet sind.Das Bild unten zeigt den 40-kHz-Ultraschallsender und -empfänger von Manorshi. (Weitere Informationen finden Sie auf der Manorshi-Website: www.manorshi.com )

Funktionsweise von Ultraschallsensoren

Der Ultraschallsender verwendet einen piezokeramischen Kristall, der mit einem konischen Metallblech befestigt ist.Wenn eine elektrische Spannung an die Piezokeramik angelegt wird, vibriert diese unter kontinuierlicher Ausdehnung und Kontraktion.Dadurch werden aufgrund der Eigenschaft des piezoelektrischen Materials Ultraschallwellen erzeugt, die sich aufgrund der konischen Form des Resonators geradlinig ausbreiten.

Ultraschallempfänger arbeiten nach dem genau entgegengesetzten Konzept.Wenn die Ultraschallwelle durch den Resonator trifft, vibriert der angeschlossene Vibrator (Metallplatte).Durch das Anhaften der Vibration der piezoelektrischen Keramikscheibe am Vibrator wird ein Strom entsprechend den Eigenschaften des piezoelektrischen Keramikmaterials erzeugt.Dieser Strom wird weiterhin von den beiden externen Leitungen entnommen.

Kurz gesagt, Ultraschallsensoren können Ultraschallwellen sowohl senden als auch empfangen.Bei der Übertragung von Ultraschallwellen wandelt es elektrische Energie in Ultraschallwellen um;Beim Empfang von Echos wandelt es die Schwingung von Ultraschallwellen in elektrische Signale um und wird daher „Ultraschallwandler“ genannt.

Leistungsmerkmale von Ultraschallsensoren

Aufgrund der strukturellen Eigenschaften des kreisförmigen piezoelektrischen Wafers weisen die emittierten Ultraschallwellen eine bestimmte Richtwirkung auf und der Querschnitt des Strahls ähnelt einer Ellipse, sodass der Erfassungsbereich begrenzt ist.Der Erfassungswinkel der horizontalen Ebene beträgt 120 Grad und der Erfassungswinkel der vertikalen Ebene beträgt 60 Grad.

Merkmale von Ultraschallsensoren

1. Einfache Struktur und bequeme Herstellung;

2. Nicht leicht durch elektromagnetische Umgebungsfelder gestört;

3. Ultraschall ist unempfindlich gegenüber Licht und Farbe und kann zur Identifizierung transparenter und schlecht reflektierender Objekte verwendet werden.