Zalety i wady czujników ultradźwiękowych

Czujniki ultradźwiękowe charakteryzują się wysoką dokładnością pomiaru, stabilną pracą i kompensacją temperatury.Są szeroko stosowane w produkcji, energetyce, mierzonych metalurgicznie materiałach budowlanych, chemikaliach, żywności, samochodach, magazynowaniu, statkach, statkach, tekstyliach, transporcie, eksploracji, poziomie cieczy, monitorowaniu poziomu, wykrywaniu przepływu w otwartych rowach, technologii robotów, przetwarzaniu żywności i inne branże mogą mierzyć zarówno materiały płynne, jak i materiały stałe.

Choć ultradźwięki są powszechnie stosowane, jak głosi przysłowie, dobre złoto to za mało, nikt nie jest doskonały.Z Twojego wcześniejszego zrozumienia i doświadczenia w zakresie czujników ultradźwiękowych, czy są jakieś zalety i wady czujników ultradźwiękowych, czy te zalety i wady będą miały pewien wpływ na nasze życie?Wtedy dogłębnie rozumiemy czujniki ultradźwiękowe. Należy zwrócić na to uwagę. 

Przede wszystkim porozmawiajmy o zasadzie działania czujnika ultradźwiękowego: czujnik ultradźwiękowy to czujnik opracowany z wykorzystaniem charakterystyki fal ultradźwiękowych.Sonda ultradźwiękowa składa się głównie z chipów piezoelektrycznych, które mogą zarówno transmitować, jak i odbierać fale ultradźwiękowe.Piezoelektryczny generator ultradźwiękowy faktycznie wykorzystuje do pracy rezonans kryształu piezoelektrycznego.Posiada dwa chipy piezoelektryczne i płytkę rezonansową.Kiedy częstotliwość sygnału impulsowego przyłożonego do jego biegunów jest równa naturalnej częstotliwości oscylacji płytki piezoelektrycznej, płytka piezoelektryczna będzie rezonować i wprawi płytkę rezonansową w drgania, co spowoduje wygenerowanie fal ultradźwiękowych.I odwrotnie, jeśli między dwiema elektrodami nie zostanie przyłożone napięcie, gdy płyta rezonansowa odbierze fale ultradźwiękowe, spowoduje to dociśnięcie płytki piezoelektrycznej w celu wibrowania i zamiany energii mechanicznej na sygnały elektryczne.W tym momencie staje się odbiornikiem ultradźwiękowym.Do detekcji wykorzystuje się najczęściej sondy ultradźwiękowe małej mocy.Mają wiele różnych struktur i można je podzielić na sondy proste (fale podłużne), sondy ukośne (fale poprzeczne), sondy powierzchniowe (fale powierzchniowe), sondy typu lamb-wave (fala baranka) i sondy podwójne. Jedna sonda odbija, a druga odbiera) .

Po drugie, wykorzystanie właściwości ultradźwiękowych do pomiaru obiektów ma wiele zalet.Dzieje się tak, ponieważ fale ultradźwiękowe charakteryzują się wysoką częstotliwością, krótką długością fali i małymi zjawiskami dyfrakcyjnymi, szczególnie dobrą kierunkowością, i mogą być propagacją promieniową i kierunkową.Fale ultradźwiękowe mają dużą zdolność przenikania cieczy i ciał stałych, szczególnie nieprzezroczystych ciał stałych, które mogą penetrować głębokość kilkudziesięciu metrów.Fale ultradźwiękowe napotykające zanieczyszczenia lub powierzchnie międzyfazowe będą wytwarzać znaczne odbicia i przekształcać się w echa, a dotykanie poruszających się obiektów może wywołać efekt Dopplera.Czujniki opracowane w oparciu o charakterystykę ultradźwiękową nazywane są „czujnikami ultradźwiękowymi” i są szeroko stosowane w przemyśle, obronie narodowej, biomedycynie itp.

Ponieważ jednak punkt Curie materiału piezoelektrycznego jest na ogół stosunkowo wysoki, zwłaszcza czujnik ultradźwiękowy używany do diagnostyki wykorzystuje mały czujnik ultradźwiękowy, temperatura pracy jest stosunkowo niska i może pracować przez długi czas bezawaryjnie.Medyczne sondy ultradźwiękowe charakteryzują się stosunkowo wysokimi temperaturami i wymagają osobnego sprzętu chłodniczego.Czułość zależy głównie od samego płytki.Współczynnik sprzężenia elektromechanicznego jest duży, a czułość wysoka;w przeciwnym razie czułość jest niska.Są trzy powody:

1. Częstotliwość bieżących czujników ultradźwiękowych jest stosunkowo stała.Na przykład czujnik 40 kHz może być używany tylko przy częstotliwości 38–42 kHz.Pozostałe częstotliwości są podobne.Obecnie prawie nie widać czujników o szerokim zakresie częstotliwości, np. 40 KHz ~ 500 KHz;

2. Napięcie sterujące jest stosunkowo wysokie, zwykle mieści się w przedziale od 100 Vp-p do 1500 Vp-p.W wielu urządzeniach niskiego napięcia do wzmocnienia wymagany jest transformator impulsowy, ale wiąże się to również z pewnymi skomplikowanymi problemami.Jeżeli jest czujnik z napędem niskonapięciowym 3~5V (większa moc) to będzie lepiej;

3.Czułość powinna być wyższa.

Widać, że czujnik ultradźwiękowy potrafi emitować, odbierać i analizować dźwięki, których nasze ludzkie ucho nie jest w stanie wykryć.Jeśli chodzi o wykrywanie, zastosowanie czujników ultradźwiękowych może zapewnić takie funkcje, jak ultradźwiękowe wykrywanie odległości i ultradźwiękowe wykrywanie wad, które można wykorzystać do wykrywania wraków okrętów podwodnych, okrętów podwodnych wroga i wyświetlania wewnętrznych obrażeń metalowych.Można je zastosować w różnych dziedzinach techniki, takich jak przemysł, rolnictwo, przemysł lekki i leczenie, które są ściśle związane z naszym życiem.