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          超聲波傳感器工作原理及行業應用案例


            超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波,由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的,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,尤其是在陽光不透明的固體中,它可穿透幾十米的深度。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。

          超聲波傳感器

            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。


            一、超聲波傳感器的工作原理:


            超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。聲波是物體機械振動狀態的傳播形式。超聲波傳感器是用來測量物體的距離。首先,超聲波傳感器會發射一組高頻聲波,般為40-45KHz,當聲波遇到物體后,就會被反彈回,并被接受到。通過計算聲波從發射到返回的時間,再乘以聲波在媒介中的傳播速度(344米/秒,空氣中)。就可以獲得物體相對于傳感器的距離值了。


            二、超聲波傳感器的測距原理:


            超聲波測距原理是在超聲波發射裝置發出超聲波,它的根據是接收器接到超聲波時的時間差,與雷達測距原理相似。超聲波發射器向某一方向發射超聲波,在發射時刻的同時開始計時,超聲波在空氣中傳播,途中碰到障礙物就立即返回來,超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。


           ?。ǔ暡ㄔ诳諝庵械膫鞑ニ俣葹?40m/s,根據計時器記錄的時間t(秒),就可以計算出發射點距障礙物的距離(s),即:s=340t/2)

          超聲波傳感器的接收原理.png

            三、超聲波傳感器的分類:


            超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮磁式、電磁式等,其中以壓電式為最常見。


            四、超聲波傳感器的組成:


            超聲波傳感器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,使用前必須預先了解它的性能。


            五、超聲波傳感器的主要性能和特性:


           ?。ǎ保┕ぷ黝l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,靈敏度也最高


           ?。ǎ玻┕ぷ鳒囟?。由于壓電材料的居里點一般比較高,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


           ?。ǎ常╈`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


            超聲波傳感器就好比一個喇叭,能將電流信號轉換成高頻聲波,或者將聲波轉換成電信號。(其實多數喇叭都可以當作話筒用,不信大家可以去試一下,用喇叭代替麥克風,也是可以的,只不過麥克風將聲波轉化成電信號的能力比較強一點。所以,更加靈敏一點。)


            六、超聲波傳感器的應用案例:

          超聲波傳感器機械行業的應用.png

            1、超聲波傳感器焊接的應用


            壓電陶瓷或磁致伸縮材料在高電壓窄脈沖作用下,可得到較大功率的超聲波,可以被聚焦,能用于集成電路及塑料的焊接。

          超聲波傳感器的應用.png

            2、超聲波傳感器多普勒效應應用


            交警用超聲波多普勒車速測量儀可以根據超聲波的多普勒效應,測量出汽車的行駛速度。

          超聲波傳感器倒車雷的應用.png

            3、超聲波傳感器倒車雷的應用


            倒車雷達全稱叫“倒車防撞雷達”,也叫“泊車輔助裝置”,是汽車泊車或者倒車時的安全輔助裝置,由超聲波傳感器(俗稱探頭)、控制器和顯示器(或蜂鳴器)等部分組成。能以聲音或者更為直觀的顯示告知駕駛員周圍障礙物的情況,解除了駕駛員泊車、倒車和起動車輛時前后左右探視所引起的困擾,并幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷,提髙駕駛的安全性。


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