Ultradźwiękowy czujnik odległości

        Czujniki ultradźwiękowe to czujniki opracowane z wykorzystaniem właściwości ultradźwięków. Ultradźwiękowe czujniki odległości to czujniki, które przekształcają sygnały ultradźwiękowe w inne sygnały energetyczne (zwykle sygnały elektryczne).Ultradźwięki to fala mechaniczna o częstotliwości drgań wyższej niż 20 kHz.Charakteryzuje się wysoką częstotliwością, krótką długością fali, małym zjawiskiem dyfrakcyjnym, szczególnie dobrą kierunkowością i może być propagacją promieniową i kierunkową.Ultradźwięki mają dużą zdolność przenikania cieczy i ciał stałych, zwłaszcza ciał stałych nieprzezroczystych dla światła słonecznego.Fale ultradźwiękowe napotykające zanieczyszczenia lub powierzchnie międzyfazowe będą wytwarzać znaczne odbicia, tworząc odbite echa, a dotykanie poruszających się obiektów może wywołać efekt Dopplera.Czujniki ultradźwiękowe znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle, obronie narodowej, biomedycynie itp.

Urządzeniem realizującym tę funkcję jest czujnik ultradźwiękowy, który tradycyjnie nazywany jest przetwornikiem ultradźwiękowym, lub sondą ultradźwiękową.

Główne wskaźniki wydajności czujników ultradźwiękowych

Rdzeniem sondy ultradźwiękowej jest chip piezoelektryczny w plastikowej lub metalowej osłonie.Wafel może składać się z wielu rodzajów materiałów.Rozmiar płytki, taki jak średnica i grubość, są również różne, więc działanie każdej sondy jest inne, przed użyciem musimy zrozumieć jej działanie.Główne wskaźniki wydajności czujników ultradźwiękowych obejmują:

    (1) Częstotliwość robocza.Częstotliwość robocza to częstotliwość rezonansowa płytki piezoelektrycznej.Gdy częstotliwość przyłożonego do niego napięcia prądu przemiennego jest równa częstotliwości rezonansowej chipa, energia wyjściowa jest największa, a czułość również najwyższa.

    (2) Temperatura robocza.Ponieważ punkt Curie materiałów piezoelektrycznych jest na ogół stosunkowo wysoki, zwłaszcza gdy sonda ultradźwiękowa do diagnostyki zużywa mniej energii, 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.

    (3) Wrażliwość.Zależy to głównie od samej produkcji płytki.Współczynnik sprzężenia elektromechanicznego jest duży, a czułość wysoka;w przeciwnym razie czułość jest niska.

Struktura i zasada działania

    Po przyłożeniu napięcia do ceramiki piezoelektrycznej nastąpi odkształcenie mechaniczne wraz ze zmianami napięcia i częstotliwości.Z drugiej strony, gdy ceramika piezoelektryczna jest wibrowana, generowany jest ładunek.Stosując tę ​​zasadę, po doprowadzeniu sygnału elektrycznego do wibratora składającego się z dwóch ceramiki piezoelektrycznej lub ceramiki piezoelektrycznej i blachy, tzw. elementu bimorficznego, emitowane są fale ultradźwiękowe w wyniku drgań zginających.I odwrotnie, gdy do elementu bimorficznego przykładane są wibracje ultradźwiękowe, generowany jest sygnał elektryczny.Bazując na powyższych efektach, ceramikę piezoelektryczną można zastosować jako czujniki ultradźwiękowe.

    Podobnie jak czujnik ultradźwiękowy, wibrator złożony jest elastycznie przymocowany do podstawy.Wibrator kompozytowy jest połączeniem rezonatora i wibratora z bimorficznym elementem piezoelektrycznym, składającego się z blachy i piezoelektrycznej blachy ceramicznej.Rezonator ma kształt trąbki, a jego zadaniem jest efektywne wypromieniowanie fal ultradźwiękowych powstałych w wyniku wibracji oraz efektywne skupienie fal ultradźwiękowych w centralnej części wibratora.

    Zalety ultradźwiękowego czujnika odległości: rozdzielczość wzdłużna jest wysoka i może identyfikować przezroczyste, półprzezroczyste i rozproszone obiekty odblaskowe;szczególnie nadaje się do pomiarów bezdotykowych w ciemności, wilgoci i innych trudnych warunkach;w oparciu o ultradźwiękowy system wykrywania czujników. Miniaturyzacja i integracja są łatwe do zrealizowania.