Преимущества и недостатки ультразвуковых датчиков

Ультразвуковые датчики обладают характеристиками высокой точности измерения, стабильной работы и температурной компенсации. Они широко используются в производстве, энергетике, металлургии, измерении строительных материалов, химикатах, продуктах питания, автомобилях, складировании, судах, кораблях, текстиле, транспорте, разведке, уровне жидкости, мониторинге уровня, обнаружении потока в открытых канавах, робототехнике, пищевой промышленности и других отраслях. Могут измерять как жидкие, так и твердые материалы.

Хотя ультразвук широко применяется, как говорится, хорошего золота мало, никто не идеален. Судя по вашему предыдущему пониманию и опыту использования ультразвуковых датчиков, есть ли какие-либо преимущества и недостатки ультразвуковых датчиков, окажут ли эти преимущества и недостатки определенное влияние на нашу жизнь? Именно тогда мы глубже понимаем ультразвуковые датчики, на которые нужно обратить внимание. 

Прежде всего, поговорим о принципе работы ультразвукового датчика: ультразвуковой датчик — это датчик, разработанный с использованием характеристик ультразвуковых волн. Ультразвуковой зонд в основном состоит из пьезоэлектрических чипов, которые могут как передавать, так и принимать ультразвуковые волны. Пьезоэлектрический ультразвуковой генератор фактически использует для работы резонанс пьезоэлектрического кристалла. Он имеет два пьезоэлектрических чипа и резонансную пластину. Когда частота импульсного сигнала, приложенного к ее полюсам, равна собственной частоте колебаний пьезоэлектрической пластины, пьезоэлектрическая пластина будет резонировать и заставлять резонансную пластину вибрировать, что приведет к генерации ультразвуковых волн. И наоборот, если между двумя электродами не подается напряжение, когда резонансная пластина принимает ультразвуковые волны, она будет прижимать пьезоэлектрическую пластину, вызывая вибрацию и преобразуя механическую энергию в электрические сигналы. В это время он становится ультразвуковым приемником. Для обнаружения в основном используются ультразвуковые датчики малой мощности. Они имеют много различных структур и могут быть разделены на прямые зонды (продольные волны), наклонные зонды (поперечные волны), поверхностные зонды (поверхностные волны), зонды с волнами Лэмба (волны Лэмба) и двойные зонды. Один зонд отражает, а другой принимает).

Во-вторых, использование ультразвуковых характеристик для измерения объектов имеет множество преимуществ. Это связано с тем, что ультразвуковые волны обладают характеристиками высокой частоты, короткой длины волны и небольшими дифракционными явлениями, особенно хорошей направленностью, и могут распространяться лучами и направленно. Ультразвуковые волны обладают большой способностью проникать в жидкости и твердые тела, особенно в непрозрачные солнечные твердые тела, которые могут проникать на глубину десятков метров. Ультразвуковые волны, встречающиеся с примесями или границами раздела, вызывают значительные отражения и образуют отражения в эхо, а прикосновение к движущимся объектам может вызвать эффект Доплера. Датчики, разработанные на основе ультразвуковых характеристик, называются «ультразвуковыми датчиками» и широко используются в промышленности, национальной обороне, биомедицине и т. д.

Однако, поскольку точка Кюри пьезоэлектрического материала обычно относительно высока, особенно в ультразвуковом датчике, используемом для диагностики, используется небольшой ультразвуковой датчик, рабочая температура относительно низкая, и он может работать в течение длительного времени без сбоев. Медицинские ультразвуковые датчики имеют относительно высокие температуры и требуют отдельного холодильного оборудования. Чувствительность в основном зависит от самой пластины. Коэффициент электромеханической связи велик, а чувствительность высока; в противном случае чувствительность низкая. Есть три причины:

1. Частота современных ультразвуковых датчиков относительно фиксирована. Например, датчик 40 кГц можно использовать только на частоте 38–42 кГц. Остальные частоты аналогичны. В настоящее время датчики с широким диапазоном частот почти не встречаются, например, 40–500 кГц;

2. Напряжение возбуждения относительно высокое, обычно от 100 В (пик-пик) до 1500 В (пик-пик). Во многих низковольтных устройствах для повышения напряжения требуется импульсный трансформатор, но это также приносит некоторые сложные проблемы. Если есть датчик с низковольтным приводом 3~5В (большей мощности), то будет лучше;

3. Чувствительность должна быть выше.

Видно, что ультразвуковой датчик может излучать, принимать и анализировать звук, который не может уловить наше человеческое ухо. Что касается обнаружения, использование ультразвуковых датчиков может выполнять такие функции, как ультразвуковая дальнометрия и ультразвуковая дефектоскопия, которые можно использовать для обнаружения затонувших подводных кораблей, вражеских подводных лодок и отображения внутренних металлических повреждений. Их можно применять в различных технических областях, таких как промышленность, сельское хозяйство, легкая промышленность и медицина, которые тесно связаны с нашей жизнью.