Ультразвуковой датчик дальности

        Ультразвуковые датчики — это датчики, разработанные с использованием характеристик ультразвука. Ультразвуковые датчики дальности — это датчики, которые преобразуют ультразвуковые сигналы в другие энергетические сигналы (обычно электрические сигналы). Ультразвук – это механическая волна с частотой вибрации выше 20 кГц. Он имеет характеристики высокой частоты, короткой длины волны, небольшого явления дифракции, особенно хорошей направленности и может быть лучевым и направленным распространением. Ультразвук обладает большой способностью проникать в жидкости и твердые тела, особенно в твердые тела, непрозрачные для солнечного света. Ультразвуковые волны, встречающиеся с примесями или границами раздела, вызывают значительные отражения, образуя отраженное эхо, а прикосновение к движущимся объектам может вызвать эффект Доплера. Ультразвуковые датчики широко используются в промышленности, национальной обороне, биомедицине и т. д.

Устройством, выполняющим эту функцию, является ультразвуковой датчик, который традиционно называют ультразвуковым преобразователем или ультразвуковым зондом.

Основные эксплуатационные показатели ультразвуковых датчиков

Сердцем ультразвукового зонда является пьезоэлектрический чип в пластиковой или металлической оболочке. Пластина может состоять из многих видов материалов. Размер пластины, такой как диаметр и толщина, также различен, поэтому производительность каждого зонда различна, поэтому перед использованием мы должны понять его характеристики. К основным показателям работоспособности ультразвуковых датчиков относятся:

    (1) Рабочая частота. Рабочая частота — это резонансная частота пьезоэлектрической пластины. Когда частота приложенного к нему переменного напряжения равна резонансной частоте микросхемы, выходная энергия самая большая и чувствительность также самая высокая.

    (2) Рабочая температура. Поскольку точка Кюри пьезоэлектрических материалов обычно относительно высока, особенно когда ультразвуковой датчик для диагностики использует меньшую мощность, рабочая температура относительно низкая, и он может работать без сбоев в течение длительного времени. Медицинские ультразвуковые датчики имеют относительно высокие температуры и требуют отдельного холодильного оборудования.

    (3) Чувствительность. В основном это зависит от самой пластины-производителя. Коэффициент электромеханической связи велик, а чувствительность высока; в противном случае чувствительность низкая.

Структура и принцип работы

    При подаче напряжения на пьезоэлектрическую керамику происходит механическая деформация с изменением напряжения и частоты. С другой стороны, когда пьезоэлектрическая керамика вибрирует, генерируется заряд. Используя этот принцип, когда электрический сигнал подается на вибратор, состоящий из двух пьезоэлектрических керамик или пьезоэлектрической керамики и металлического листа, так называемого биморфного элемента, из-за изгибной вибрации излучаются ультразвуковые волны. И наоборот, когда ультразвуковая вибрация применяется к биморфному элементу, генерируется электрический сигнал. На основании вышеперечисленных эффектов пьезоэлектрическая керамика может быть использована в качестве ультразвуковых датчиков.

    Как и ультразвуковой датчик, составной вибратор гибко закрепляется на основании. Композитный вибратор представляет собой комбинацию резонатора и вибратора на биморфном пьезоэлектрическом элементе, состоящего из металлического листа и пьезоэлектрического керамического листа. Резонатор имеет форму трубы, его цель состоит в том, чтобы эффективно излучать ультразвуковые волны, генерируемые в результате вибрации, и эффективно концентрировать ультразвуковые волны в центральной части вибратора.

    Преимущества ультразвукового датчика дальности: высокое продольное разрешение, он может идентифицировать прозрачные, полупрозрачные и диффузно отраженные объекты; особенно подходит для бесконтактных измерений в темноте, влажности и других суровых условиях; на основе ультразвуковой сенсорной системы. Легко реализовать миниатюризацию и интеграцию.