超聲波傳感器超詳匯總講解

超聲波傳感器是利用超聲波的特性，將超聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器。

 

 

 

(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，靈敏度也最高。

 

(2) 工作溫度。

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產(chǎn)生失效。醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設(shè)備。

 

(3) 靈敏度。

主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。

 

工作原理

超聲波傳感器按其工作原理，可分為壓電式、磁致伸縮式 、電磁式等，以壓電式最為常用。

 

壓電式超聲波傳感器

 

壓電式超聲波傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)原理來工作的。常用的敏感元件材料主要有壓電晶體和壓電陶瓷。

 

根據(jù)正、逆壓電效應(yīng)的不同，壓電式超聲波傳感器分為發(fā)生器(發(fā)射探頭)和接收器(接收探頭) 兩種，根據(jù)結(jié)構(gòu)和使用的波型不同可分為直探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、可變角探頭、雙晶探頭、聚焦探頭、水浸探頭、噴水探頭和專用探頭等。

壓電式超聲波發(fā)生器是利用逆壓電效應(yīng)的原理將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機械振動，從而產(chǎn)生超聲波。當外加交變電壓的頻率等于壓電材料的固有頻率時會產(chǎn)生共振，此時產(chǎn)生的超聲波最強。壓電式超聲波傳感器可以產(chǎn)生幾十千赫到幾十兆赫的高頻超聲波，其聲強可達幾十瓦每平方厘米。

壓電式超聲波接收器是利用正壓電效應(yīng)原理進行工作的。當超聲波作用到壓電晶片上引起晶片伸縮，在晶片的兩個表面上便產(chǎn)生極性相反的電荷，這些電荷被轉(zhuǎn)換成電壓經(jīng)放大后送到測量電路，最后記錄或顯示出來。壓電式超聲波接收器的結(jié)構(gòu)和超聲波發(fā)生器基本相同，有時就用同一個傳感器兼作發(fā)生器和接收器兩種用途。

 

 

磁致伸縮式超聲波傳感器

 

磁致伸縮式超聲波發(fā)生器是把鐵磁材料置于交變磁場中，使它產(chǎn)生機械尺寸的交替變化即機械振動，從而產(chǎn)生出超聲波。它是用幾個厚為0.1-0.4mm的鎳片疊加而成，片間絕緣以減少渦流損失，其結(jié)構(gòu)形狀有矩形、窗形等。

磁致伸縮式超聲波接收器的原理是：當超聲波作用在磁致伸縮材料上時，引起材料伸縮，從而導(dǎo)致它的內(nèi)部磁場( 即導(dǎo)磁特性)發(fā)生改變。根據(jù)電磁感應(yīng)，磁致伸縮材料上所繞的線圈里便獲得感應(yīng)電動勢。此電勢送到測量電路，最后記錄或顯示出來。

 

選型要求

在選擇和安裝超聲波傳感器的時候都需要明確一些基本條件，不然就會直接影響著傳感器的測量結(jié)果。 

 

探測范圍和大小

要探測的物體大小直接影響超聲波傳感器的檢測范圍。傳感器必須探測到一定聲級的聲音才可以進行輸出。大部件能將大部分聲音反射給超聲波傳感器，這樣傳感器即可在其最遠傳感距離檢測到此部件。小部件僅能反射較少的一部分聲音，從而導(dǎo)致傳感范圍大大縮小。

 

周圍是否有振動

無論是傳感器本身的振動還是附近機器的振動，都可能會影響測量距離時的精確度。可在安裝傳感器時用橡膠防振裝置來減少這類問題。有時也可使用導(dǎo)軌來消除或降低部件振動。

 

環(huán)境導(dǎo)致的誤測

附近的物體可能會反射聲波。要準確探測目標物體，必須降低或消除附近聲音反射表面的影響。為了避免誤測附近物體，許多超聲波傳感器都裝有LED指示燈，用于在安裝時指示操作人員，以確保正確安裝傳感器并降低誤測風(fēng)險。

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