Avantages et inconvénients des capteurs à ultrasons

Les capteurs à ultrasons présentent les caractéristiques d’une précision de mesure élevée, d’un fonctionnement stable et d’une compensation de température. Ils sont largement utilisés dans la fabrication, l'énergie, les matériaux de construction métallurgiques mesurés, les produits chimiques, l'alimentation, les automobiles, l'entreposage, les navires, les textiles, le transport, l'exploration, le niveau de liquide, la surveillance du niveau, la détection de débit à fossé ouvert, la technologie robotique, la transformation des aliments et d'autres industries peuvent mesurer à la fois les matériaux liquides et les matériaux solides.

Bien que les ultrasons soient largement utilisés, comme le dit le proverbe, le bon or ne suffit pas, personne n’est parfait. D'après votre compréhension et votre expérience antérieures des capteurs à ultrasons, existe-t-il des avantages et des inconvénients des capteurs à ultrasons, ces avantages et inconvénients auront-ils un certain impact sur nos vies ? C'est à ce moment-là que nous comprenons en profondeur les capteurs à ultrasons, il faut y prêter attention. 

Tout d'abord, parlons du principe de fonctionnement du capteur à ultrasons : le capteur à ultrasons est un capteur développé en utilisant les caractéristiques des ondes ultrasonores. La sonde ultrasonique est principalement composée de puces piézoélectriques, qui peuvent à la fois transmettre et recevoir des ondes ultrasonores. Le générateur d'ultrasons piézoélectrique utilise en fait la résonance du cristal piézoélectrique pour fonctionner. Il possède deux puces piézoélectriques et une plaque de résonance. Lorsque la fréquence du signal d'impulsion appliqué à ses pôles est égale à la fréquence d'oscillation naturelle de la plaquette piézoélectrique, la plaquette piézoélectrique résonnera et fera vibrer la plaque de résonance, ce qui générera des ondes ultrasonores. À l’inverse, si aucune tension n’est appliquée entre les deux électrodes lorsque la plaque de résonance reçoit des ondes ultrasonores, elle pressera la plaquette piézoélectrique pour vibrer et convertir l’énergie mécanique en signaux électriques. A ce moment, il devient un récepteur à ultrasons. Les sondes ultrasoniques de faible puissance sont principalement utilisées pour la détection. Ils ont de nombreuses structures différentes et peuvent être divisés en sondes droites (ondes longitudinales), sondes obliques (ondes transversales), sondes de surface (ondes de surface), sondes à ondes de Lamb (ondes de Lamb) et sondes doubles (une sonde réfléchit et une sonde reçoit).

Deuxièmement, l’utilisation des caractéristiques ultrasonores pour mesurer des objets présente de nombreux avantages. En effet, les ondes ultrasonores présentent les caractéristiques d'un phénomène de haute fréquence, de courte longueur d'onde et de faible diffraction, particulièrement une bonne directivité, et peuvent se propager par rayons et directionnellement. Les ondes ultrasoniques ont une grande capacité à pénétrer les liquides et les solides, en particulier les solides opaques du soleil, qui peuvent pénétrer jusqu'à des dizaines de mètres de profondeur. Les ondes ultrasoniques rencontrant des impuretés ou des interfaces produiront des réflexions importantes et formeront des réflexions en échos, et toucher des objets en mouvement peut produire l'effet Doppler. Les capteurs développés sur la base de caractéristiques ultrasoniques sont appelés « capteurs à ultrasons » et sont largement utilisés dans l'industrie, la défense nationale, la biomédecine, etc.

Cependant, comme le point de Curie du matériau piézoélectrique est généralement relativement élevé, en particulier le capteur à ultrasons utilisé pour le diagnostic utilise un petit capteur à ultrasons, la température de fonctionnement est relativement basse et il peut fonctionner longtemps sans panne. Les sondes à ultrasons médicales ont des températures relativement élevées et nécessitent un équipement de réfrigération séparé. La sensibilité dépend principalement de la plaquette elle-même. Le coefficient de couplage électromécanique est grand et la sensibilité est élevée ; sinon, la sensibilité est faible. Il y a trois raisons :

1. La fréquence des capteurs ultrasoniques actuels est relativement fixe. Par exemple, un capteur 40 KHz ne peut être utilisé qu'à 38-42 KHz. D'autres fréquences sont similaires. À l'heure actuelle, les capteurs avec une large gamme de fréquences sont à peine visibles, comme 40 KHz ~ 500 KHz ;

2. La tension de commande est relativement élevée, généralement comprise entre 100 Vp-p et 1 500 Vp-p. Dans de nombreux appareils basse tension, un transformateur d'impulsions est nécessaire pour l'amplification, mais cela entraînera également des problèmes compliqués. S'il y a un capteur avec un entraînement basse tension 3 ~ 5 V (puissance plus grande), ce sera mieux ;

3. La sensibilité devrait être plus élevée.

On voit que le capteur à ultrasons peut émettre, recevoir et analyser le son que notre oreille humaine ne peut pas détecter. En termes de détection, l'utilisation de capteurs à ultrasons peut réaliser des fonctions telles que la télémétrie par ultrasons et la détection de défauts par ultrasons, qui peuvent être utilisées pour détecter les épaves de sous-marins, les sous-marins ennemis et afficher les blessures internes métalliques. Ceux-ci peuvent être appliqués à divers domaines techniques tels que l’industrie, l’agriculture, l’industrie légère et le traitement médical, qui sont étroitement liés à nos vies.