声波传感器是什么 工作原理是什么

声波传感器是什么 工作原理是什么
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声波传感器是什么 工作原理是什么
定义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. 工作原理人们能听到声音是由于物体振动产生的,它的频率在20HZ-20KHZ 范围内,超过20KHZ 称为超声波,低于20HZ 的称为次声波.常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ. 超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式：横向振荡(横波)及纵和振荡(纵波).在工业中应用主要采用纵向振荡.超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同.另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减.在空气中传播超声波,其频率较低,一般为几十KHZ,而在固体、液体中则频率可用得较高.在空气中衰减较快,而在液体及固体中传播,衰减较小,传播较远.利用超声波的特性,可做成各种超声传感器,配上不同的电路,制成各种超声测量仪器及装置,并在通迅,医疗家电等各方面得到广泛应用. 超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类.电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等.压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接收器.有的超声波传感器既作发送,也能作接收.这里仅介绍小型超声波传感器,发送与接收略有差别,它适用于在空气中传播,工作频率一般为23-25KHZ 及40-45KHZ.这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途.该种有T/R-40-60,T/R-40-12 等(其中T 表示发送,R 表示接收,40 表示频率为40KHZ,16 及12 表示其外径尺寸,以毫米计).另有一种密封式超声波传感器(MA40EI 型).它的特点是具有防水作用(但不能放入水中),可以作料位及接近开关用,它的性能较好.超声波应用有三种基本类型,透射型用于遥控器,防盗报警器、自动门、接近开关等；分离式反射型用于测距、液位或料位；反射型用于材料探伤、测厚等. 由发送传感器(或称波发送器)、接收传感器(或称波接收器)、控制部分与电源部分组成.发送器传感器由发送器与使用直径为15mm 左右的陶瓷振子换能器组成,换能器作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中幅射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成,换能器接收波产生机械振动,将其变换成电能量,作为传感器接收器的输出,从而对发送的超进行检测.而实际使用中,用发送传感器的陶瓷振子的也可以用做接收器传感器社的陶瓷振子.控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制. 性能指标1、工作频率.工作频率就是压电晶片的共振频率.当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时,输出的能量最大,灵敏度也最高. 2、工作温度.由于压电材料的居里点一般比较高,特别时诊断用超声波探头使用功率较小,所以工作温度比较低,可以长时间地工作而不失效.医疗用的超声探头的温度比较高,需要单独的制冷设备. 3、灵敏度.主要取决于制造晶片本身.机电耦合系数大,灵敏度高；反之,灵敏度低. 应用技术超声波传感技术应用在生产实践的不同方面,而医学应用是其最主要的应用之一,以医学为例子说明超声波传感技术的应用.超声波在医学上的应用主要是诊断疾病,它已经成为了临床医学中不可缺少的诊断方法.超声波诊断的优点是：对受检者无痛苦、无损害、方法简便、显像清晰、诊断的准确率高等.因而推广容易,受到医务工作者和患者的欢迎.超声波诊断可以基于不同的医学原理,其中有代表性的一种所谓的A 型方法.这个方法是利用超声波的反射.当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面是,在该界面就产生反射回声.每遇到一个反射面时,回声在示波器的屏幕上显示出来,而两个界面的阻抗差值也决定了回声的振幅的高低. 在工业方面,超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种.过去,许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍,超声波传感技术的出现改变了这种状况.当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上, "悄无声息"地探测人们所需要的信号.在未来的应用中,超声波将与信息技术、新材料技术结合起来,将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器. 遥控开关超声波遥控开关可控制家用电器及照明灯.采用小型超声波传感器(Φ12-Φ16),工作频率在40KHZ,遥控距离约10 米.遥控器的发送,这是由 555 时基电路组成的振荡器,调整10KΩ 电位器,使振荡频率为40KHZ,传感器接在③脚,接下按钮时,发送出超声波,接收电路.电源由220V 经电容降压、整流、滤波、稳压后获得12V 工作电压.由于是非隔离电源,要整个电路用塑料外壳封装,以防触电(在调试时也应注意).信号由超声波接收器接收,经 Q1、 Q2 放大(L、C 谐振槽路调谐在40KHZ).放大后的信号去触发由Q3、Q4 组成的双稳态电路,Q5 及LED 作为触发隔离,并可发光显示.由于双稳态在开机时有随机性,故加一清零按钮.Q5 输出的触发信号使双向可控硅导通,负载接通.要负载断路,则要按一次发送钮. 液位指示及控制器由于超声波在空气中有一定的衰减,则发送到液面及从液面反射回来的信号大小与液位有关,液面位置越高,信号越大；液面越低则信号就小.接收到的信号经BG1、BG2 放大,经D1、D2 整流成直流电压.当 4.7KΩ 上的电压超过BG3 的导通电压时,有电流流过BG3,电流表有指示,电流大小与液面有关.当液位低于设置值时,比较器输出为低电平.BG 不导通,若液位升到规定位置,比较器翻转,输出高电平.