Sensor de rango ultrasónico

        Los sensores ultrasónicos son sensores desarrollados utilizando las características del ultrasonido. Los sensores de rango ultrasónico son sensores que convierten las señales ultrasónicas en otras señales de energía (generalmente señales eléctricas). El ultrasonido es una onda mecánica con una frecuencia de vibración superior a 20 kHz. Tiene las características de alta frecuencia, longitud de onda corta, pequeño fenómeno de difracción, especialmente buena directividad, y puede ser propagación de rayos y direccionales. El ultrasonido tiene una gran capacidad para penetrar líquidos y sólidos, especialmente en sólidos que son opacos a la luz solar. Las ondas ultrasónicas que encuentran impurezas o interfaces producirán reflexiones significativas para formar ecos reflejados, y tocar objetos en movimiento puede producir un efecto Doppler. Los sensores ultrasónicos son ampliamente utilizados en la industria, defensa nacional, biomedicina, etc.

El dispositivo que realiza esta función es un sensor ultrasónico, que tradicionalmente se llama transductor ultrasónico o sonda ultrasónica.

Los principales indicadores de rendimiento de los sensores ultrasónicos

El núcleo de una sonda de ultrasonido es un chip piezoeléctrico en su chaqueta de plástico o metal. Puede haber muchos tipos de materiales que constituyan la oblea. El tamaño de la oblea, como el diámetro y el grosor, también es diferente, por lo que el rendimiento de cada sonda es diferente, debemos comprender su rendimiento antes de su uso. Los principales indicadores de rendimiento de los sensores ultrasónicos incluyen:

    (1) frecuencia de trabajo. La frecuencia de operación es la frecuencia de resonancia de la oblea piezoeléctrica. Cuando la frecuencia del voltaje de CA aplicado a él es igual a la frecuencia de resonancia del chip, la energía de salida es la más grande y la sensibilidad también es la más alta.

    (2) Temperatura de trabajo. Dado que el punto curie de los materiales piezoeléctricos es generalmente relativamente alto, especialmente cuando la sonda ultrasónica para el diagnóstico usa menos potencia, la temperatura de trabajo es relativamente baja y puede funcionar durante mucho tiempo sin falla. Las sondas de ultrasonido médico tienen temperaturas relativamente altas y requieren equipos de refrigeración separados.

    (3) Sensibilidad. Depende principalmente de la oblea de fabricación en sí. El coeficiente de acoplamiento electromecánico es grande y la sensibilidad es alta; De lo contrario, la sensibilidad es baja.

Estructura y principio de funcionamiento

    Cuando se aplica voltaje a la cerámica piezoeléctrica, la deformación mecánica se producirá con cambios en el voltaje y la frecuencia. Por otro lado, cuando se vibra la cerámica piezoeléctrica, se genera una carga. Usando este principio, cuando se aplica una señal eléctrica a un vibrador compuesto por dos cerámicas piezoeléctricas o una cerámica piezoeléctrica y una lámina de metal, un llamado elemento bimorfo, las ondas ultrasónicas se emiten debido a la vibración de flexión. Por el contrario, cuando la vibración ultrasónica se aplica a un elemento bimorph, se genera una señal eléctrica. Según los efectos anteriores, la cerámica piezoeléctrica se puede usar como sensores ultrasónicos.

    Al igual que un sensor ultrasónico, un vibrador compuesto se fija flexiblemente en la base. El vibrador compuesto es una combinación de un resonador y un vibrador de elemento piezoeléctrico bimorph compuesto de una lámina de metal y una lámina de cerámica piezoeléctrica. El resonador tiene la forma de una trompeta, el propósito es irradiar efectivamente las ondas ultrasónicas generadas debido a la vibración y concentrar efectivamente las ondas ultrasónicas en la parte central del vibrador.

    Las ventajas del sensor de rango ultrasónico: la resolución longitudinal es alta y puede identificar objetos de reflexión transparentes, translúcidos y difusos; especialmente adecuado para medición sin contacto en condiciones oscuras, húmedas y otras duras; Basado en el sistema de detección del sensor ultrasónico, es fácil realizar la miniaturización y la integración.