超音波測距センサー

        超音波センサーは 超音波の特性を利用して開発されたセンサーです。 超音波測距センサーは 、超音波信号を他のエネルギー信号 (通常は電気信号) に変換するセンサーです。超音波は、20kHz を超える振動周波数を持つ機械波です。高周波、短波長、回折現象が少なく、特に指向性が良いという特徴があり、光線を指向的に伝播させることができます。超音波は、液体および固体、特に太陽光を通さない固体を透過する優れた能力を持っています。超音波が不純物や界面に接触すると、大幅な反射が発生して反射エコーが形成され、移動する物体に触れるとドップラー効果が発生する可能性があります。超音波センサーは、産業、国防、生物医学などで広く使用されています。

この機能を実現するデバイスは超音波センサーであり、伝統的に超音波トランスデューサーまたは超音波プローブと呼ばれています。

超音波センサーの主な性能指標

超音波プローブのコアは、プラスチックまたは金属のジャケット内の圧電チップです。ウェーハを構成する材料には多くの種類があり得る。ウェーハの直径や厚さなどのサイズも異なるため、プローブの性能も異なります。使用する前にその性能を理解する必要があります。超音波センサーの主な性能指標には次のものがあります。

    (1) 動作周波数。動作周波数は圧電ウェハーの共振周波数です。印加される交流電圧の周波数がチップの共振周波数と等しい場合、出力エネルギーは最大となり、感度も最大になります。

    (2) 使用温度。一般に圧電材料のキュリー点は比較的高いため、特に診断用の超音波プローブの消費電力が低い場合、使用温度が比較的低く、故障することなく長時間使用することができます。医療用超音波プローブは比較的高温になるため、別途冷却装置が必要です。

    (3) 感度。それは主に製造ウェーハ自体に依存します。電気機械結合係数が大きく感度が高いため、そうしないと感度が低くなります。

構造と動作原理

    圧電セラミックスに電圧を印加すると、電圧と周波数の変化に応じて機械的変形が生じます。一方、圧電セラミックスが振動すると電荷が発生します。この原理を利用し、圧電セラミックス2枚、または圧電セラミックスと金属板からなる振動子、いわゆるバイモルフ素子に電気信号を加えると、屈曲振動により超音波が放射されます。逆に、バイモルフ素子に超音波振動を与えると電気信号が発生します。以上の効果を利用して、圧電セラミックスは超音波センサーとして使用することができます。

    超音波センサーと同様に、複合振動子をベースに柔軟に固定します。複合振動子は、金属板と圧電セラミックス板からなるバイモルフ圧電素子振動子と共振子とを組み合わせたものである。共振器はラッパの形状をしており、振動により発生する超音波を効果的に放射し、振動子の中央部に超音波を効果的に集中させることを目的としています。

    超音波測距センサーの利点: 縦方向の分解能が高く、透明、半透明、拡散反射の物体を識別できます。暗く、湿気が多く、その他の過酷な条件下での非接触測定に特に適しています。超音波センサーによるセンシングシステムにより小型化・集積化が容易です。