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超聲波傳感器原理、結構及應用

2019-08-14 13:20:35  |  人氣:1420
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江蘇建恒儀表有限公司

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超聲波傳感器是使用換能器發送和接收超聲波脈沖,該超聲波脈沖中繼有關物體接近度的信息從而使的超聲波測量到物體的距離的儀器。

 

超聲波傳感器原理、結構及應用

 

一、超聲波傳感器原理

       超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波,由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的,它具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大,尤其是在阳光不透明的固体中,它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波,碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头。

 

超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)、蘭姆波探頭(蘭姆波)、雙探頭(一個探頭反射、一個探頭接收)等。

 

超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小,如直徑和厚度也各不相同,因此每個探頭的性能是不同的,我們使用前必須預先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標,包括;

 

1、工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時,輸出的能量最大,靈敏度也zu高。

 

2、工作溫度。由于壓電材料的居裏點一般比較高,特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小,所以工作溫度比較低,可以長時間地工作而不産生失效。醫療用的超聲探頭的溫度比較高,需要單獨的制冷設備。

 

3、靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數大,靈敏度高;反之,靈敏度低。

 

超聲波傳感器原理、結構及應用

 

二、超聲波傳感器結構

 

超聲波傳感器主要由如下四個部分構成:

 

发送器:通过振子(一般为陶瓷制品,直径约为15 mm)振动产生超声波并向空中幅射。

 

接收器:振子接收到超聲波時,根據超聲波發生相應的機械振動,並將其轉換爲電能量,作爲接收器的輸出。

 

控制部分:通過用集成電路控制發送器的超聲波發送,並判斷接收器是否接收到信號(超聲波),以及已接收信號的大小。

 

电源部分:超声波传感器通常采用电压为DC12V ± 10 % 或 24V ± 10 %外部直流电源供电,经内部稳压电路供给传感器工作。

 

超聲波傳感器原理、結構及應用

 

三、超聲波傳感器應用

超声波距离传感器可以广泛应用在物位(液位)监测,机器人防撞,各种超声波接近开关,以及防盗报警等相关领域,工作可靠,安装方便, 防水型,发射夹角较小,灵敏度高,方便与工业显示仪表连接,也提供发射夹角较大的探头。

       

1、超聲波測距儀:

       

建恒仪表超高能声波测距技術JH-UHZ系列産品使超声波测距技術有了重大的突破,它不仅拓宽了超声波测距技術的应用场合(适用极恶劣工的工作环境),而且使用智能调节技術,大大提高了超声波産品的可靠性及性能指标,让用户使用无后顾之忧 。 。

 

优秀的回波处理技術,5-50KHZ的超高强发波频率使建恒物位计最大量程可达到120米,适用介质温度为–20℃— +175℃。智能的全自动调节发波频率,自动的温差补偿功能使其工作更加稳定可靠。JH-UHZ系列産品还拥有灵活多变的工作方式(供电电源可为12VDC、24VDC、110VAC、220VAC;二/三/四线制同一仪表中可随意组合。它还拥有先进的远程GSM、CDMA、互联网调试功能,使得用户随时可以得到技術支持。

       

建恒産品以它尖端的技術稳定可靠的工作质量,在化工、电力、冶金、煤矿、码头、水处理、轻工及食品卫生等行业得到广泛的应用。

       

2、超聲波探魚器:

 

超声波测量技術其原理很简单,说得高档点的名称叫“多普拉效应”,山村孩童便叫“回音”,就如在一山谷叫一声“你好吗”,不一会听见好像有人学你的说话一样“你...好...吗...”。人们正由此点,开发出超声波测量技術。像自然界中,以蝙蝠都可算为代表了,在蝙蝠洞里既要觅食,又要用声波测距,而要在洞内用超声波测距是一件很困难的事情,很先进的科技産品也做不到。在空中,当声音鼓动空气而向前传递讯息时,遇到大小不同、软硬不一的物体时,其会产生相应强弱的反射声音,而我们以高峰接收此fan弹回来的声音,计算其fan弹的时间差距,从而可了解前面物体与你的距离,由其fan弹的强弱,得知物体的大小,此为超声波在空中测量的应用原理,一如在机场使用的雷达。

 

在水中的情况便有分别,因为水的密度与空气的密度明显不同,同样强度的声音,水中传递和空中传递,完全是两码子的事,故此我们在水中使用超声波探测,先决条件是功率要强大,才能有fan弹回来的讯号。1950年代,美国hai军的潜艇搜寻技術已充分发展,要搜寻潜艇已不容易,更何况比潜艇小得多的鱼,要从中取得突破,必先从超声波的特性中,找出其奥妙。原来除了功率强大外,其频率高低亦具决定性,而接收讯号后的分析技術,更不容缺少。要在众多讯号中分辨出合适的数据是相当困难的。正因如此,在往后美国民间的不断开发,才渐渐开始有捕鱼船安装了专为搜鱼的超声波探鱼器。而直至目前为止,海洋中使用的超声波探测技術,无论是理论或産品,都以美国为主,后起之日本及德国,亦是近年来才能加入。

       

在醫學檢測上的應用:B超

       

用于檢測液位的超聲波傳感器:

       

聲波漫反射式接近傳感器用于檢測液位;

       

聲波反射式設計用于檢測遠處的目標;

       

聲波接近傳感器可有模擬量輸出,可適用于精確的連續控制.;

       

模擬量輸出信號和被測物距離的線性斜率可調,滿足各種控制要求;

       

聲波接近傳感器可有兩個開關點設置,並可通過按鈕方便的設置;

       

方形和原柱形設計滿足不同的現場安裝要求。

       

3、超聲波傳感器在質檢方面的應用——超聲波探傷儀

       

超聲波探傷儀主要應用于金屬工件內部的質量檢測,如檢測金屬是否有氣泡,焊接部位是否有未焊透等缺陷等。

随着科学技術的快速发展,超声波将在传感器中的应用越来越广。在人类文明的历次产业革命中,传感技術一直扮演着先行官的重要角色,它是贯穿各个技術和应用领域的关键技術,在人们可以想象的所有领域中,它几乎无所不在。传感器是世界各国发展最快的产业之一,在各国有关研究、生产、应用部门的共同努力下,传感器技術得到了飞速的发展和进步。但就目前技術水平来说,人们可以具体利用的传感技術还十分有限,因此,这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技術及产业领域

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