Výhody a nevýhody ultrazvukových snímačov

Ultrazvukové snímače sa vyznačujú vysokou presnosťou merania, stabilnou prevádzkou a teplotnou kompenzáciou. Sú široko používané vo výrobe, energetike, metalurgických meraných stavebných materiáloch, chemikáliách, potravinách, automobiloch, skladoch, lodiach, textilnom priemysle, doprave, prieskume, hladine kvapalín, monitorovaní hladiny, detekcii prietoku v otvorenej priekope, robotickej technológii, spracovaní potravín a iných priemyselných odvetviach, ktoré dokážu merať tekuté aj tuhé materiály.

Hoci je ultrazvuk široko používaný, ľudovo povedané, dobré zlato nestačí, nikto nie je dokonalý. Z vášho doterajšieho chápania a skúseností s ultrazvukovými senzormi, existujú nejaké výhody a nevýhody ultrazvukových senzorov, budú mať tieto výhody a nevýhody určitý vplyv na náš život? To je, keď rozumieme ultrazvukovým senzorom do hĺbky, je potrebné venovať pozornosť. 

Najprv si povedzme o princípe fungovania ultrazvukového senzora: ultrazvukový senzor je senzor vyvinutý s využitím charakteristík ultrazvukových vĺn. Ultrazvuková sonda sa skladá hlavne z piezoelektrických čipov, ktoré môžu vysielať aj prijímať ultrazvukové vlny. Piezoelektrický ultrazvukový generátor v skutočnosti využíva na prácu rezonanciu piezoelektrického kryštálu. Má dva piezoelektrické čipy a rezonančnú dosku. Keď sa frekvencia impulzného signálu aplikovaného na jeho póly rovná frekvencii vlastnej oscilácie piezoelektrického plátku, piezoelektrický plátok bude rezonovať a prinúti rezonančnú dosku vibrovať, čo bude generovať ultrazvukové vlny. Naopak, ak medzi dve elektródy nie je privedené žiadne napätie, keď rezonančná doska prijíma ultrazvukové vlny, stlačí piezoelektrickú doštičku, aby vibrovala a premieňala mechanickú energiu na elektrické signály. V tomto čase sa stáva ultrazvukovým prijímačom. Na detekciu sa väčšinou používajú nízkovýkonové ultrazvukové sondy. Majú veľa rôznych štruktúr a možno ich rozdeliť na priame sondy (pozdĺžne vlny), šikmé sondy (priečne vlny), povrchové sondy (povrchové vlny), sondy jahňacích vĺn (jahňacia vlna) a duálne sondy Jedna sonda odráža a jedna sonda prijíma).

Po druhé, použitie ultrazvukových charakteristík na meranie objektov má mnoho výhod. Je to preto, že ultrazvukové vlny majú vlastnosti vysokej frekvencie, krátkej vlnovej dĺžky a malých difrakčných javov, najmä dobrú smerovosť a môžu sa šíriť lúčmi a smermi. Ultrazvukové vlny majú veľkú schopnosť prenikať kvapalinami a pevnými látkami, najmä v nepriehľadných slnečných pevných látkach, ktoré môžu preniknúť do hĺbky desiatok metrov. Ultrazvukové vlny, ktoré sa stretnú s nečistotami alebo rozhraniami, budú produkovať významné odrazy a formovať odrazy do ozveny a dotyk pohybujúcich sa objektov môže spôsobiť Dopplerov efekt. Senzory vyvinuté na základe ultrazvukových charakteristík sa nazývajú 'ultrazvukové senzory' a sú široko používané v priemysle, národnej obrane, biomedicíne atď.

Avšak, pretože Curieov bod piezoelektrického materiálu je vo všeobecnosti relatívne vysoký, najmä ultrazvukový senzor používaný na diagnostiku používa malý ultrazvukový senzor, pracovná teplota je relatívne nízka a môže fungovať dlho bez zlyhania. Lekárske ultrazvukové sondy majú relatívne vysoké teploty a vyžadujú samostatné chladiace zariadenie. Citlivosť závisí hlavne od samotného plátku. Koeficient elektromechanickej väzby je veľký a citlivosť je vysoká; inak je citlivosť nízka. Existujú tri dôvody:

1. Frekvencia súčasných ultrazvukových snímačov je relatívne pevná. Napríklad 40kHz snímač je možné použiť len pri 38-42kHz. Ostatné frekvencie sú podobné. V súčasnosti sú snímače so širokým frekvenčným rozsahom sotva viditeľné, ako napríklad 40 kHz ~ 500 kHz;

2.Hnacie napätie je relatívne vysoké, zvyčajne medzi 100Vp-p a 1500Vp-p. V mnohých nízkonapäťových zariadeniach je potrebný impulzný transformátor na zosilnenie, ale prinesie to aj niektoré komplikované problémy. Ak existuje snímač s 3 ~ 5V nízkonapäťovým pohonom (väčší výkon), bude to lepšie;

3. Citlivosť by mala byť vyššia.

Je vidieť, že ultrazvukový senzor dokáže vysielať, prijímať a analyzovať zvuk, ktorý naše ľudské ucho nedokáže zachytiť. Pokiaľ ide o detekciu, použitie ultrazvukových senzorov môže dosiahnuť funkcie, ako je ultrazvukové meranie vzdialenosti a ultrazvuková detekcia chýb, ktoré možno použiť na detekciu vrakov ponoriek, nepriateľských ponoriek a zobrazenie vnútorných zranení kovov. Tie sa dajú aplikovať v rôznych technických oblastiach ako je priemysel, poľnohospodárstvo, ľahký priemysel a medicína, ktoré úzko súvisia s naším životom.