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超聲波傳感器的知識

基本介紹

       超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。它具有頻率高、波長短、繞射現象小,特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大,超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波,碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。以超聲波作為檢測手段,必須產生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器,習慣上稱為超聲換能器,或者超聲探頭。

組成部分

       聲波探頭主要由壓電晶片組成,既可以發射超聲波,也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構,可分直探頭(縱波)、斜探頭(橫波)、表面波探頭(表面波)、探頭(蘭姆波)、雙探頭(一個探頭反射、一個探頭接收)等。

工作原理

       人們能聽到聲音是由于物體振動-20KHZ 范圍內,超過20KHZ稱為超聲波,低于20HZ的稱為次聲波。常用的超聲波頻率為幾十KHZ-幾十MHZ。

        超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩,有兩種形式:橫向振蕩(橫波)及縱向振蕩(縱波)。在工業中應用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播,其傳播速度不同。另外,它也有折射和反射現象,并且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波,其頻率較低,一般為幾十KHZ,而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快,而在液體及固體中傳播,衰減較小,傳播較遠。利用超聲波的特性,可做成各種超聲傳感器,配上不同的電路,制成各種超聲測量儀器及裝置,并在通迅,醫療家電等各方面得到廣泛應用。

       超聲波傳感器主要材料有壓電晶體(電致伸縮)及鎳鐵鋁合金(磁致伸縮)兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛(PZT)等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆傳感器,它可以將電能轉變成機械振蕩而產生超聲波,同時它接收到超聲波時,也能轉變成電能,所以它可以分成發送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發送,也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感器,發送與接收略有差別,它適用于在空氣中傳播,工作頻率一般為23-25KHZ40-45KHZ。這類傳感器適用于測距、遙控、防盜等用途。該種有T/R-40-60,T/R-40-12(其中T表示發送,R表示接收,40表示頻率為40KHZ,1612表示其外徑尺寸,以毫米計)。另有一種密封式超聲波傳感器(MA40EI)。它的特點是具有防水作用(但不能放入水中),可以作料位及接近開關用,它的性能較好。超聲波應用有三種基本類型,透射型用于遙控器,防盜報警器、自動門、接近開關等;分離式反射型用于測距、液位或料位;反射型用于材料探傷、測厚等。

       由發送傳感器(或稱波發送器)、接收傳感器(或稱波接收器)、控制部分與電源部分組成。發送器傳感器由發送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成,換能器作用是將陶瓷振子的電振動能量轉換成超能量并向空中輻射;而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成,換能器接收波產生機械振動,將其變換成電能量,作為傳感器接收器的輸出,從而對發送的超進行檢測.而實際使用中,用作發送傳感器的陶瓷振子也可以用作接收器傳感器社的陶瓷振子??刂撇糠种饕獙Πl送器發出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數及探測距離等進行控制。

工作程式

       若對發送傳感器內諧振頻率為40KHz的壓電陶瓷片(雙晶振子 )施加40KHz高頻電壓,則壓電陶瓷片就根據所加高頻電壓極性伸長與縮短,于是發送40KHz頻率的超聲波 ,其超聲波以疏密形式傳播(疏密程度可由控制電路調制),并傳給波接收器。接收器是利用壓力傳感器所采用的壓電效應的原理,即在壓電元件上施加壓力,使壓電元件發生應變,則產生一面為“+ ”極,另一面為“-”極的40KHz正弦電壓。因該高頻電壓幅值較小,故必須進行放大。
超聲波傳感器使得駕駛員可以安全地倒車,其原理是利用探測倒車路徑上或附近存在的任何障礙物,并及時發出警告。所設計的檢測系統可以同時提供聲光并茂的聽覺和視覺警告,其警告表示是探測到了在盲區內障礙物的距離和方向。這樣,在狹窄的地方不管是泊車還是開車,借助倒車障礙報警檢測系統,駕駛員心理壓力就會減少,并可以游刃有余地采取必要的動作。

使用時注意事項 

1、確??煽啃约伴L使用壽命,請勿在戶外或高于額定溫度的地方使用傳感器。

2、于超聲波傳感器以空氣作為傳輸介質,因此局部溫度不同時,分界處的反射和折射可能會導致誤動作,風吹時檢出距離也會發生變化。因此,不應在強制通風機之類的設備旁使用傳感器。

3、氣嘴噴出的噴氣有多種頻率,因此會影響傳感器且不應在傳感器附近使用。

4、感器表面的水滴縮短了檢出距離。

5、粉末和棉紗之類的材料在吸收聲音時無法被檢出(反射型傳感器)。

6、能在真空區或防爆區使用傳感器。

7、勿在有蒸汽的區域使用傳感器;此區域的大氣不均勻。將會產生溫度梯度,從而導致測量錯誤。





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