Sensor de alcance ultrassônico

        Sensores ultrassônicos são sensores desenvolvidos utilizando as características do ultrassom. Sensores de alcance ultrassônico são sensores que convertem sinais ultrassônicos em outros sinais de energia (geralmente sinais elétricos). O ultrassom é uma onda mecânica com frequência de vibração superior a 20kHz. Possui as características de alta frequência, comprimento de onda curto, pequeno fenômeno de difração, especialmente boa diretividade, e pode ser propagação de raios e direcional. O ultrassom tem grande capacidade de penetrar líquidos e sólidos, especialmente em sólidos opacos à luz solar. Ondas ultrassônicas que encontram impurezas ou interfaces produzirão reflexões significativas para formar ecos refletidos, e tocar objetos em movimento pode produzir efeito Doppler. Sensores ultrassônicos são amplamente utilizados na indústria, defesa nacional, biomedicina, etc.

O dispositivo que realiza esta função é um sensor ultrassônico, tradicionalmente chamado de transdutor ultrassônico ou sonda ultrassônica.

Os principais indicadores de desempenho dos sensores ultrassônicos

O núcleo de uma sonda de ultrassom é um chip piezoelétrico em sua capa de plástico ou metal. Pode haver muitos tipos de materiais constituindo o wafer. O tamanho do wafer, como diâmetro e espessura também são diferentes, portanto o desempenho de cada sonda é diferente, devemos entender seu desempenho antes de usar. Os principais indicadores de desempenho dos sensores ultrassônicos incluem:

    (1) Frequência de trabalho. A frequência operacional é a frequência de ressonância do wafer piezoelétrico. Quando a frequência da tensão CA aplicada a ele é igual à frequência de ressonância do chip, a energia de saída é maior e a sensibilidade também é maior.

    (2) Temperatura de trabalho. Como o ponto Curie dos materiais piezoelétricos é geralmente relativamente alto, especialmente quando a sonda ultrassônica para diagnóstico utiliza menos energia, a temperatura de trabalho é relativamente baixa e pode funcionar por um longo tempo sem falhas. As sondas médicas de ultrassom têm temperaturas relativamente altas e requerem equipamento de refrigeração separado.

    (3) Sensibilidade. Depende principalmente do próprio wafer de fabricação. O coeficiente de acoplamento eletromecânico é grande e a sensibilidade é alta; caso contrário, a sensibilidade será baixa.

Estrutura e princípio de funcionamento

    Quando a tensão é aplicada à cerâmica piezoelétrica, ocorrerá deformação mecânica com mudanças na tensão e na frequência. Por outro lado, quando a cerâmica piezoelétrica vibra, é gerada uma carga. Usando este princípio, quando um sinal elétrico é aplicado a um vibrador composto por duas cerâmicas piezoelétricas ou uma cerâmica piezoelétrica e uma folha de metal, o chamado elemento bimorfo, ondas ultrassônicas são emitidas devido à vibração de flexão. Por outro lado, quando a vibração ultrassônica é aplicada a um elemento bimorfo, um sinal elétrico é gerado. Com base nos efeitos acima, as cerâmicas piezoelétricas podem ser usadas como sensores ultrassônicos.

    Como um sensor ultrassônico, um vibrador composto é fixado de forma flexível na base. O vibrador compósito é uma combinação de um ressonador e um vibrador de elemento piezoelétrico bimorfo composto por uma folha de metal e uma folha de cerâmica piezoelétrica. O ressonador tem o formato de uma trombeta, a finalidade é irradiar efetivamente as ondas ultrassônicas geradas pela vibração e concentrar efetivamente as ondas ultrassônicas na parte central do vibrador.

    As vantagens do sensor ultrassônico de alcance: a resolução longitudinal é alta e pode identificar objetos de reflexão transparentes, translúcidos e difusos; especialmente adequado para medição sem contato em condições escuras, úmidas e outras condições adversas; baseado no sistema de detecção de sensor ultrassônico É fácil realizar miniaturização e integração.