Jak działają czujniki ultradźwiękowe?

Czujniki ultradźwiękowe to urządzenia, które przekształcają sygnały ultradźwiękowe w inne sygnały energetyczne (zwykle sygnały elektryczne) w celu pomiaru odległości od czujnika do obiektu docelowego.Fala ultradźwiękowa jest falą mechaniczną o częstotliwości drgań wyższej niż 20 kHz i charakteryzuje się wysoką częstotliwością, krótką długością fali, małym zjawiskiem dyfrakcyjnym, szczególnie dobrą kierunkowością, która może stać się promieniami i rozchodzić się kierunkowo.

Czujnik ultradźwiękowy może być używany jako ultradźwiękowy czujnik odległości do pomiaru odległości od obiektu docelowego, wykrywania obecności i ruchu obiektu poprzez podanie sygnałów elektrycznych do ceramicznego przetwornika (nadajnika) o częstotliwości 40 kHz w celu przesyłania fal ultradźwiękowych i konwersji odbity dźwięk na sygnały elektryczne (patrz rysunek).

Para czujników ultradźwiękowych składa się z nadajnika i odbiornika, które są dostępne jako oddzielne jednostki lub osadzone razem jako pojedyncza jednostka.Poniższy obrazek przedstawia ultradźwiękowy nadajnik i odbiornik Manorshi 40KHz. (Więcej informacji można znaleźć na stronie internetowej Manorshi: www.manorshi.com )

Działanie czujników ultradźwiękowych

Przetwornik ultradźwiękowy wykorzystuje kryształ piezoceramiczny połączony ze stożkową blachą.Kiedy do piezoceramiki przyłożone jest napięcie elektryczne, zaczyna ono wibrować w wyniku ciągłego rozszerzania i kurczenia się.W rezultacie, zgodnie z właściwością materiału piezoelektrycznego, powstają fale ultradźwiękowe, które ze względu na stożkowy kształt rezonatora rozchodzą się prosto.

Odbiorniki ultradźwiękowe działają w oparciu o dokładnie odwrotną koncepcję.Kiedy fala ultradźwiękowa przechodzi przez rezonator, podłączony wibrator (metalowa płyta) wibruje.Przyklejając drgania piezoelektrycznego dysku ceramicznego do wibratora, generowany jest prąd zgodny z charakterystyką piezoelektrycznego materiału ceramicznego.Prąd ten jest dalej pobierany z dwóch zewnętrznych przewodów.

Krótko mówiąc, czujniki ultradźwiękowe mogą zarówno transmitować, jak i odbierać fale ultradźwiękowe.Przesyłając fale ultradźwiękowe, przekształca energię elektryczną w fale ultradźwiękowe;odbierając echa, przekształca drgania fal ultradźwiękowych na sygnały elektryczne, dlatego nazywa się go „przetwornikiem ultradźwiękowym”.

Charakterystyka działania czujników ultradźwiękowych

Ze względu na właściwości strukturalne okrągłej płytki piezoelektrycznej, emitowane fale ultradźwiękowe mają określoną kierunkowość, a przekrój poprzeczny wiązki przypomina elipsę, przez co zasięg detekcji jest ograniczony.Kąt detekcji płaszczyzny poziomej wynosi 120 stopni, a kąt detekcji płaszczyzny pionowej wynosi 60 stopni.

Cechy czujników ultradźwiękowych

1. Prosta konstrukcja i wygodna produkcja;

2. Niełatwo zakłócane przez środowiskowe pola elektromagnetyczne;

3. Ultradźwięki nie są wrażliwe na światło i kolor i można je stosować do identyfikacji obiektów przezroczystych i słabo odbijających światło.