Come funzionano i sensori a ultrasuoni?

I sensori a ultrasuoni sono dispositivi che convertono i segnali ultrasonici in altri segnali energetici (solitamente segnali elettrici) per misurare la distanza dal sensore all'oggetto target. L'onda ultrasonica è un'onda meccanica con una frequenza di vibrazione superiore a 20 KHz e ha le caratteristiche di alta frequenza, lunghezza d'onda corta, piccolo fenomeno di diffrazione, soprattutto buona direttività, che può diventare raggi e propagarsi direzionalmente.

Il sensore a ultrasuoni può essere utilizzato come sensore di distanza a ultrasuoni per misurare la distanza di un oggetto target, rilevare la presenza e il movimento dell'oggetto applicando i segnali elettrici al trasduttore ceramico da 40 kHz (trasmettitore) per trasmettere onde ultrasoniche e convertire il suono riflesso in segnali elettrici (fare riferimento all'immagine).

Una coppia di sensori a ultrasuoni è composta da un trasmettitore e un ricevitore disponibili come unità separate o integrati insieme come singola unità. L'immagine sotto mostra il trasmettitore e il ricevitore a ultrasuoni Manorshi 40KHz. (Puoi trovare ulteriori informazioni sul sito web Manorshi: www.manorshi.com )

Funzionamento dei sensori a ultrasuoni

Il trasmettitore a ultrasuoni utilizza un cristallo piezoceramico fissato con una lamiera metallica conica. Quando viene applicata una tensione elettrica alla piezoceramica, questa vibra con espansione e contrazione continua. Di conseguenza, secondo la proprietà del materiale piezoelettrico, vengono generate onde ultrasoniche che si propagano in modo rettilineo a causa della forma conica del risonatore.

I ricevitori a ultrasuoni funzionano secondo il concetto esattamente opposto. Quando l'onda ultrasonica colpisce il risonatore, il vibratore collegato (piastra metallica) vibra. Attaccando la vibrazione del disco ceramico piezoelettrico al vibratore, viene generata una corrente in base alle caratteristiche del materiale ceramico piezoelettrico. Questa corrente viene ulteriormente prelevata dai due conduttori esterni.

In breve, i sensori a ultrasuoni possono sia trasmettere che ricevere onde ultrasoniche. Quando trasmette onde ultrasoniche, converte l'energia elettrica in onde ultrasoniche; quando riceve gli echi, converte la vibrazione delle onde ultrasoniche in segnali elettrici, per questo viene chiamato 'trasduttore ultrasonico'.

Caratteristiche prestazionali dei sensori a ultrasuoni

A causa delle caratteristiche strutturali del wafer piezoelettrico circolare, le onde ultrasoniche emesse hanno una certa direttività e la sezione trasversale del raggio è simile ad un'ellisse, quindi il campo di rilevamento è limitato. L'angolo di rilevamento del piano orizzontale è di 120 gradi e l'angolo di rilevamento del piano verticale è di 60 gradi.

Caratteristiche dei sensori a ultrasuoni

1. Struttura semplice e produzione conveniente;

2. Non facilmente interferito dai campi elettromagnetici ambientali;

3. Gli ultrasuoni non sono sensibili alla luce e al colore e possono essere utilizzati per identificare oggetti trasparenti e scarsamente riflettenti.