Как работают ультразвуковые датчики?

Ультразвуковые датчики — это устройства, которые преобразуют ультразвуковые сигналы в другие энергетические сигналы (обычно электрические сигналы) для измерения расстояния от датчика до целевого объекта. Ультразвуковая волна - это механическая волна с частотой вибрации выше 20 кГц, обладающая характеристиками высокой частоты, короткой длины волны, небольшим явлением дифракции, особенно хорошей направленностью, которая может превращаться в лучи и распространяться направленно.

Ультразвуковой датчик можно использовать в качестве ультразвукового датчика расстояния для измерения расстояния до целевого объекта, обнаружения присутствия, а также движения объекта путем подачи электрических сигналов на керамический преобразователь (передатчик) 40 кГц для передачи ультразвуковых волн и преобразования отраженного звука в электрические сигналы (см. рисунок).

Пара ультразвуковых датчиков состоит из передатчика и приемника, которые доступны как отдельные блоки или встроены вместе как один блок. На изображении ниже показаны ультразвуковые передатчик и приемник Manorshi 40 кГц. (Дополнительную информацию можно найти на веб-сайте Manorshi: www.manorshi.com )

Работа ультразвуковых датчиков

В ультразвуковом передатчике используется пьезокерамический кристалл, прикрепленный к коническому металлическому листу. Когда на пьезокерамику подается электрическое напряжение, она вибрирует с непрерывным расширением и сжатием. В результате, согласно свойству пьезоэлектрического материала, генерируются ультразвуковые волны, которые распространяются прямолинейно из-за конической формы резонатора.

 

Ультразвуковые приемники работают по прямо противоположному принципу. Когда ультразвуковая волна проходит через резонатор, подключенный к нему вибратор (металлическая пластина) вибрирует. Прикрепляя вибрацию пьезоэлектрического керамического диска к вибратору, генерируется ток в соответствии с характеристиками пьезоэлектрического керамического материала. Этот ток далее берется из двух внешних выводов.

Короче говоря, ультразвуковые датчики могут как передавать, так и принимать ультразвуковые волны. При передаче ультразвуковых волн он преобразует электрическую энергию в ультразвуковые волны; при приеме эха он преобразует вибрацию ультразвуковых волн в электрические сигналы, поэтому его называют «ультразвуковым преобразователем».

Эксплуатационные характеристики ультразвуковых датчиков

Из-за структурных особенностей круглой пьезоэлектрической пластины излучаемые ультразвуковые волны имеют определенную направленность, а поперечное сечение луча похоже на эллипс, поэтому дальность обнаружения ограничена. Угол обнаружения горизонтальной плоскости составляет 120 градусов, а угол обнаружения вертикальной плоскости — 60 градусов.

Особенности ультразвуковых датчиков

1. Простая конструкция и удобное изготовление;

2. Не подвергается воздействию электромагнитных полей окружающей среды;

3. Ультразвук не чувствителен к свету и цвету и может использоваться для идентификации прозрачных и плохо отражающих объектов.