|
一、原理簡(jiǎn)述： 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(dòng)頻 率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線(xiàn)而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)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(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面以超聲波作為檢測(cè)手段，必須產(chǎn)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(xí)慣上稱(chēng)為超聲換能器，或者超聲探頭。 超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測(cè)作用。它有許多不同的結(jié)構(gòu)，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(gè)探頭反射、一個(gè)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(gòu)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(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)，包括； （1）工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，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(diǎn)一般比較高，特別時(shí)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(zhǎng)時(shí)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(dú)的制冷設(shè)備。 （3）靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。 二、結(jié)構(gòu)與工作原理 超聲波距離傳感器可以廣泛應(yīng)用在物位（液位）監(jiān)測(cè)，機(jī)器人防撞，各種超聲波接近開(kāi)關(guān)，以及防盜報(bào)警等相關(guān)領(lǐng)域，工作可靠，安裝方便， 防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。 1、超聲波測(cè)距儀： HpAWK超高能聲波測(cè)距技術(shù)HpAWK系列產(chǎn)品使超聲波測(cè)距技術(shù)有了重大的突破，它不僅拓寬了超聲波測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合（適用極惡劣工的工作環(huán)境），而且使用智能調(diào)節(jié)技術(shù)，大大提高了超聲波產(chǎn)品的可靠性及性能指標(biāo)，讓用戶(hù)使用無(wú)后顧之憂(yōu) 。 。 優(yōu)秀的回波處理技術(shù)，5－50KHZ的超高強(qiáng)發(fā)波頻率使HAWK物位計(jì)最大量程可達(dá)到120米，適用介質(zhì)溫度為–20℃— +175℃。智能的全自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)波頻率，自動(dòng)的溫差補(bǔ)償功能使其工作更加穩(wěn)定可靠。HpAWK系列產(chǎn)品還擁有靈活多變的工作方式（供電電源可為12VDC、24VDC、110VAC、220VAC;二/三/四線(xiàn)制同一儀表中可隨意組合。它還擁有先進(jìn)的遠(yuǎn)程GSM、CDMA、互聯(lián)網(wǎng)調(diào)試功能，使得用戶(hù)隨時(shí)可以得到技術(shù)支持。 HpAWK產(chǎn)品以它尖端的技術(shù)穩(wěn)定可靠的工作質(zhì)量，在化工、電力、冶金、煤礦、碼頭、水處理、輕工及食品衛(wèi)生等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。 2、超聲波探魚(yú)器： 超聲波測(cè)量技術(shù)其原理很簡(jiǎn)單，說(shuō)得高檔點(diǎn)的名稱(chēng)叫“多普拉效應(yīng)”，山村孩童便叫“回音”，就如在一山谷叫一聲“你好嗎”，不一會(huì)聽(tīng)見(jiàn)好像有人學(xué)你的說(shuō)話(huà)一樣“你...好...嗎...”。人們正由此點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出超聲波測(cè)量技術(shù)。像自然界中，以蝙蝠都可算為代表了，在蝙蝠洞里既要覓食，又要用聲波測(cè)距，而要在洞內(nèi)用超聲波測(cè)距是一件很困難的事情，很先進(jìn)的科技產(chǎn)品也做不到。在空中，當(dāng)聲音鼓動(dòng)空氣而向前傳遞訊息時(shí)，遇到大小不同、軟硬不一的物體時(shí)，其會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)強(qiáng)弱的反射聲音，而我們以咪高峰接收此反彈回來(lái)的聲音，計(jì)算其反彈的時(shí)間差距，從而可了解前面物體與你的距離，由其反彈的強(qiáng)弱，得知物體的大小，此為超聲波在空中測(cè)量的應(yīng)用原理，一如在機(jī)場(chǎng)使用的雷達(dá)。 在水中的情況便有分別，因?yàn)樗拿芏扰c空氣的密度明顯不同，同樣強(qiáng)度的聲音，水中傳遞和空中傳遞，完全是兩碼子的事，故此我們?cè)谒惺褂贸暡ㄌ綔y(cè)，先決條件是功率要強(qiáng)大，才能有反彈回來(lái)的訊號(hào)。1950年代，美國(guó)海軍的潛艇搜尋技術(shù)已充分發(fā)展，要搜尋潛艇已不容易，更何況比潛艇小得多的魚(yú)，要從中取得突破，必先從超聲波的特性中，找出其奧妙。原來(lái)除了功率強(qiáng)大外，其頻率高低亦具決定性，而接收訊號(hào)后的分析技術(shù)，更不容缺少。要在眾多訊號(hào)中分辨出合適的數(shù)據(jù)是相當(dāng)困難的。正因如此，在往后美國(guó)民間的不斷開(kāi)發(fā)，才漸漸開(kāi)始有捕魚(yú)船安裝了專(zhuān)為搜魚(yú)的超聲波探魚(yú)器。而直至目前為止，海洋中使用的超聲波探測(cè)技術(shù)，無(wú)論是理論或產(chǎn)品，都以美國(guó)為主，后起之日本及德國(guó)，亦是近年來(lái)才能加入。 至于中國(guó)，在2001年的國(guó)際產(chǎn)品展覽會(huì)中，才有這方面的產(chǎn)品，填補(bǔ)這方面的空白，這就是香港金時(shí)(科技)公司，不斷努力研制并生產(chǎn)的便攜式探魚(yú)器。且與國(guó)外主要品牌并駕齊驅(qū)，成為真正的高新技術(shù)之便攜式探魚(yú)器。 在醫(yī)學(xué)檢測(cè)上的應(yīng)用：B超 用于檢測(cè)液位的超聲波傳感器： ●聲波漫反射式接近傳感器用于檢測(cè)液位 ●聲波反射式設(shè)計(jì)用于檢測(cè)遠(yuǎn)處的目標(biāo) ●聲波接近傳感器可有模擬量輸出,可適用于精確的連續(xù)控制. ●模擬量輸出信號(hào)和被測(cè)物距離的線(xiàn)性斜率可調(diào),滿(mǎn)足各種控制要求. ●聲波接近傳感器可有兩個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn)設(shè)置,并可通過(guò)按鈕方便的設(shè)置. ● 方形和原柱形設(shè)計(jì)滿(mǎn)足不同的現(xiàn)場(chǎng)安裝要求. 3、超聲波傳感器在質(zhì)檢方面的應(yīng)用——超聲波探傷儀 超聲波探傷儀主要應(yīng)用于金屬工件內(nèi)部的質(zhì)量檢測(cè)，如檢測(cè)金屬是否有氣泡，焊接部位是否有未焊透等缺陷等�，F(xiàn)以超聲波電子束焊縫檢測(cè)系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明超聲波探傷儀的應(yīng)用： 三、超聲波傳感器應(yīng)用前景展望 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，超聲波將在傳感器中的應(yīng)用越來(lái)越廣。在人類(lèi)文明的歷次產(chǎn)業(yè)革命中，傳感技術(shù)一直扮演著先行官的重要角色，它是貫穿各個(gè)技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，在人們可以想象的所有領(lǐng)域中，它幾乎無(wú)所不在。傳感器是世界各國(guó)發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一，在各國(guó)有關(guān)研究、生產(chǎn)、應(yīng)用部門(mén)的共同努力下，傳感器技術(shù)得到了飛速的發(fā)展和進(jìn)步。但就目前技術(shù)水平來(lái)說(shuō)，人們可以具體利用的傳感技術(shù)還十分有限，因此，這是一個(gè)正在蓬勃發(fā)展而又有無(wú)限前景的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。展望未來(lái)，超聲波傳感器作為一種新型的非常重要有用的工具在各方面都將有很大的發(fā)展空間，它將朝著更加高定位高精度的方向發(fā)展，以滿(mǎn)足日益發(fā)展的社會(huì)需求，如聲納的發(fā)展趨勢(shì)基本為：研制具有更高定位精度的被動(dòng)測(cè)距聲納，以滿(mǎn)足水中武器實(shí)施全隱蔽攻擊的需要；繼續(xù)發(fā)展采用低頻線(xiàn)譜檢測(cè)的潛艇拖曳線(xiàn)列陣聲納，實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程的被動(dòng)探測(cè)和識(shí)別；研制更適合于淺海工作的潛艇聲納，特別是解決淺海水中目標(biāo)識(shí)別問(wèn)題；大力降低潛艇自噪聲，改善潛艇聲納的工作環(huán)境。無(wú)庸置疑，未來(lái)的超聲波傳感器將與自動(dòng)化智能化接軌，與其他的傳感器集成和融合，形成多傳感器。隨著傳感器的技術(shù)進(jìn)步，傳感器將從具有單純判斷功能發(fā)展到具有學(xué)習(xí)功能，最終發(fā)展到具有創(chuàng)造力。在新的世紀(jì)里，面貌一新的傳感器將發(fā)揮更大的作用。 |
