Αισθητήρας υπερήχων

        Οι αισθητήρες υπερήχων είναι αισθητήρες που αναπτύσσονται χρησιμοποιώντας τα χαρακτηριστικά του υπερήχου. Οι αισθητήρες υπερήχων είναι αισθητήρες που μετατρέπουν υπερηχητικά σήματα σε άλλα ενεργειακά σήματα (συνήθως ηλεκτρικά σήματα). Το υπερηχογράφημα είναι ένα μηχανικό κύμα με συχνότητα κραδασμών υψηλότερη από 20kHz. Έχει τα χαρακτηριστικά του φαινομένου υψηλής συχνότητας, μικρού μήκους κύματος, μικρού διάθλασης, ιδιαίτερα καλής κατευθυντικότητας, και μπορεί να είναι η διάδοση της ακτίνας και της κατεύθυνσης. Το υπερηχογράφημα έχει μεγάλη ικανότητα να διεισδύει σε υγρά και στερεά, ειδικά σε στερεά που είναι αδιαφανή στο φως του ήλιου. Τα υπερηχητικά κύματα που αντιμετωπίζουν ακαθαρσίες ή διεπαφές θα παράγουν σημαντικές αντανακλάσεις για να σχηματίσουν αντανακλασμένες ηχώ και τα συγκινητικά κινούμενα αντικείμενα μπορούν να παράγουν επίδραση Doppler. Οι αισθητήρες υπερήχων χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανία, την εθνική άμυνα, τη βιοϊατρική κ.λπ.

Η συσκευή που επιτυγχάνει αυτή τη λειτουργία είναι ένας υπερηχητικός αισθητήρας, ο οποίος παραδοσιακά ονομάζεται υπερηχητικός μετατροπέας ή υπερηχητικός ανιχνευτής.

Οι κύριοι δείκτες απόδοσης αισθητήρων υπερήχων

Ο πυρήνας ενός ανιχνευτή υπερήχων είναι ένα πιεζοηλεκτρικό τσιπ στο πλαστικό ή το μεταλλικό σακάκι του. Μπορεί να υπάρχουν πολλά είδη υλικών που αποτελούν το δίσκο. Το μέγεθος του δίσκου, όπως η διάμετρος και το πάχος είναι επίσης διαφορετικό, οπότε η απόδοση κάθε ανιχνευτή είναι διαφορετική, πρέπει να κατανοήσουμε την απόδοσή του πριν από τη χρήση. Οι κύριοι δείκτες απόδοσης των υπερηχητικών αισθητήρων περιλαμβάνουν:

    (1) Συχνότητα εργασίας. Η συχνότητα λειτουργίας είναι η συχνότητα συντονισμού του πιεζοηλεκτρικού δίσκου. Όταν η συχνότητα της τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος που εφαρμόζεται σε αυτήν είναι ίση με τη συχνότητα συντονισμού του τσιπ, η ενέργεια εξόδου είναι η μεγαλύτερη και η ευαισθησία είναι επίσης η υψηλότερη.

    (2) θερμοκρασία εργασίας. Δεδομένου ότι το σημείο Curie των πιεζοηλεκτρικών υλικών είναι γενικά σχετικά υψηλό, ειδικά όταν ο υπερηχητικός ανιχνευτής για διάγνωση χρησιμοποιεί λιγότερη ισχύ, η θερμοκρασία εργασίας είναι σχετικά χαμηλή και μπορεί να λειτουργήσει για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς αποτυχία. Οι ιατρικοί ανιχνευτές υπερήχων έχουν σχετικά υψηλές θερμοκρασίες και απαιτούν ξεχωριστό εξοπλισμό ψύξης.

    (3) Ευαισθησία. Εξαρτάται κυρίως από το ίδιο το δίσκο κατασκευής. Ο συντελεστής ηλεκτρομηχανικής σύζευξης είναι μεγάλος και η ευαισθησία είναι υψηλή. Διαφορετικά, η ευαισθησία είναι χαμηλή.

Δομή και αρχή εργασίας

    Όταν η τάση εφαρμόζεται στα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά, θα συμβεί μηχανική παραμόρφωση με αλλαγές στην τάση και τη συχνότητα. Από την άλλη πλευρά, όταν το πιεζοηλεκτρικό κεραμικό δονείται, δημιουργείται φορτίο. Χρησιμοποιώντας αυτήν την αρχή, όταν ένα ηλεκτρικό σήμα εφαρμόζεται σε έναν δονητή που αποτελείται από δύο πιεζοηλεκτρικά κεραμικά ή ένα πιεζοηλεκτρικό κεραμικό και ένα μεταλλικό φύλλο, ένα λεγόμενο διμορφικό στοιχείο, τα υπερηχητικά κύματα εκπέμπονται λόγω δόνησης κάμψης. Αντίστροφα, όταν εφαρμόζεται υπερήχων δόνηση σε ένα στοιχείο bimorph, παράγεται ένα ηλεκτρικό σήμα. Με βάση τα παραπάνω αποτελέσματα, τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υπερηχητικοί αισθητήρες.

    Όπως ένας υπερηχητικός αισθητήρας, ένας δονητής σύνθετης είναι ευέλικτα σταθερά στη βάση. Ο σύνθετος δονητής είναι ένας συνδυασμός ενός συντονιστή και ενός δονητή πιεζοηλεκτρικού στοιχείου που αποτελείται από μεταλλικό φύλλο και πιεζοηλεκτρικό κεραμικό φύλλο. Ο συντονιστής είναι σε σχήμα τρομπέτα, ο σκοπός είναι να ακτινοβολεί αποτελεσματικά τα υπερηχητικά κύματα που παράγονται λόγω κραδασμών και να συγκεντρωθούν αποτελεσματικά τα υπερηχητικά κύματα στο κεντρικό τμήμα του δονητή.

    Τα πλεονεκτήματα του αισθητήρα υπερήχων: η διαμήκη ανάλυση είναι υψηλή και μπορεί να εντοπίσει διαφανή, ημιδιαφανή και διάχυτα αντικείμενα αντανάκλασης. Ιδιαίτερα κατάλληλη για μέτρηση μη επαφής σε σκοτεινές, υγρές και άλλες σκληρές συνθήκες. Με βάση το σύστημα ανίχνευσης αισθητήρων υπερήχων είναι εύκολο να πραγματοποιηθεί η μικρογραφία και η ολοκλήρωση.