Ультразвуковий датчик дальності

        Ультразвукові датчики – це датчики, розроблені з використанням характеристик ультразвуку. Ультразвукові датчики дальності – це датчики, які перетворюють ультразвукові сигнали в інші енергетичні сигнали (зазвичай електричні сигнали). Ультразвук - це механічна хвиля з частотою вібрації вище 20 кГц. Він має характеристики високої частоти, короткої довжини хвилі, малого явища дифракції, особливо хорошої спрямованості, і може бути променем і спрямованим розповсюдженням. Ультразвук має чудову здатність проникати в рідини та тверді тіла, особливо в тверді речовини, непрозорі для сонячного світла. Ультразвукові хвилі, стикаючись із забрудненнями або межами розділу, спричинятимуть значні відбиття, утворюючи відображені відлуння, а торкання рухомих об’єктів може спричиняти ефект Доплера. Ультразвукові датчики широко використовуються в промисловості, національній обороні, біомедицині тощо.

Пристроєм, який виконує цю функцію, є ультразвуковий датчик, який традиційно називають ультразвуковим датчиком або ультразвуковим зондом.

Основні показники роботи ультразвукових датчиків

Серцевиною ультразвукового датчика є п’єзоелектричний чіп у пластиковій або металевій оболонці. Може бути багато видів матеріалів, що утворюють пластину. Розмір пластини, наприклад діаметр і товщина, також різний, тому продуктивність кожного зонда різна, ми повинні зрозуміти його продуктивність перед використанням. До основних показників роботи ультразвукових датчиків відносяться:

    (1) Робоча частота. Робоча частота - це резонансна частота п'єзоелектричної пластини. Коли частота напруги змінного струму, що подається на нього, дорівнює резонансній частоті чіпа, вихідна енергія є найбільшою, а чутливість також найвищою.

    (2) Робоча температура. Оскільки точка Кюрі п’єзоелектричних матеріалів, як правило, відносно висока, особливо коли ультразвуковий зонд для діагностики споживає менше енергії, робоча температура відносно низька, і він може працювати протягом тривалого часу без збоїв. Медичні ультразвукові зонди мають відносно високі температури і потребують окремого холодильного обладнання.

    (3) Чутливість. В основному це залежить від самого виготовлення пластини. Коефіцієнт електромеханічного зчеплення великий, а чутливість висока; інакше чутливість низька.

Будова і принцип роботи

    При подачі напруги на п’єзоелектричну кераміку відбувається механічна деформація зі змінами напруги та частоти. З іншого боку, коли п’єзоелектрична кераміка вібрує, утворюється заряд. Використовуючи цей принцип, коли електричний сигнал подається на вібратор, що складається з двох п’єзоелектричних керамічних матеріалів або п’єзоелектричної кераміки та металевого листа, так званого біморфного елемента, ультразвукові хвилі випромінюються через вібрацію згину. І навпаки, коли ультразвукова вібрація застосовується до біморфного елемента, генерується електричний сигнал. Завдяки наведеним вище ефектам п’єзокераміку можна використовувати як ультразвукові датчики.

    Як і ультразвуковий датчик, складний вібратор гнучко закріплений на основі. Композитний вібратор являє собою комбінацію резонатора та вібратора з біморфного п’єзоелектричного елемента, що складається з металевого листа та п’єзоелектричного керамічного листа. Резонатор має форму труби, мета - ефективно випромінювати ультразвукові хвилі, що утворюються внаслідок вібрації, і ефективно концентрувати ультразвукові хвилі в центральній частині вібратора.

    Переваги ультразвукового датчика дальності: висока поздовжня роздільна здатність, він може ідентифікувати прозорі, напівпрозорі та дифузні відбиття об'єктів; особливо підходить для безконтактного вимірювання в темних, вологих та інших суворих умовах; на основі ультразвукової сенсорної системи легко реалізувати мініатюризацію та інтеграцію.