Ultrazvukový senzor

        Ultrazvukové senzory sú senzory vyvinuté pomocou charakteristík ultrazvuku. Ultrazvukové senzory sú senzory, ktoré premieňajú ultrazvukové signály na iné energetické signály (zvyčajne elektrické signály). Ultrazvuk je mechanická vlna s vibračnou frekvenciou vyššou ako 20 kHz. Má charakteristiky vysokofrekvenčnej, krátkej vlnovej dĺžky, malého difrakčného javu, najmä dobrého smerovania a môže byť šírenie lúčov a smeru. Ultrazvuk má veľkú schopnosť preniknúť z tekutín a tuhých látok, najmä v pevných látkach, ktoré sú nepriehľadné na slnečné svetlo. Ultrazvukové vlny, ktoré sa stretávajú s nečistotami alebo rozhraniami, prinesú významné odrazy vo forme odrážaných ozveny a dotýkanie sa pohybujúcich sa objektov môže spôsobiť Dopplerove efekt. Ultrazvukové senzory sa široko používajú v priemysle, národnej obrane, biomedicíne atď.

Zariadenie, ktoré vykonáva túto funkciu, je ultrazvukový senzor, ktorý sa tradične nazýva ultrazvukový prevodník alebo ultrazvuková sonda.

Hlavné ukazovatele výkonnosti ultrazvukových senzorov

Jadrom ultrazvukovej sondy je piezoelektrický čip v plastovom alebo kovovom plášti. Môže existovať veľa druhov materiálov, ktoré tvoria oblátku. Veľkosť oblátky, ako je priemer a hrúbka, sa tiež líšia, takže výkon každej sondy je iný, pred použitím musíme porozumieť jej výkonu. Hlavné ukazovatele výkonnosti ultrazvukových senzorov zahŕňajú:

    (1) Pracovná frekvencia. Prevádzková frekvencia je rezonančná frekvencia piezoelektrickej oblátky. Ak sa frekvencia striedavého napätia aplikovaného na ňu rovná rezonančnej frekvencii čipu, výstupná energia je najväčšia a citlivosť je tiež najvyššia.

    (2) Pracovná teplota. Pretože Curie bod piezoelektrických materiálov je vo všeobecnosti relatívne vysoký, najmä ak ultrazvuková sonda pre diagnostiku využíva menšiu energiu, pracovná teplota je relatívne nízka a môže pracovať dlho bez zlyhania. Lekárske ultrazvukové sondy majú relatívne vysoké teploty a vyžadujú samostatné chladiace zariadenie.

    (3) Citlivosť. Závisí to hlavne od samotnej výrobnej oblátky. Elektromechanický koeficient spojenia je veľký a citlivosť je vysoká; V opačnom prípade je citlivosť nízka.

Štruktúra a pracovný princíp

    Ak sa napätie aplikuje na piezoelektrickú keramiku, dôjde k mechanickej deformácii so zmenami napätia a frekvencie. Na druhej strane, keď je piezoelektrická keramika vibrovaná, generuje sa náboj. Pri použití tohto princípu, keď sa elektrický signál aplikuje na vibrátor zložený z dvoch piezoelektrických keramiky alebo z piezoelektrickej keramiky a kovového plechu, takzvaného prvku bimorfu, sa emitujú ultrazvukové vlny v dôsledku ohybových vibrácií. Naopak, keď sa ultrazvukové vibrácie aplikujú na prvok bimorfu, generuje sa elektrický signál. Na základe vyššie uvedených účinkov sa môže piezoelektrická keramika použiť ako ultrazvukové senzory.

    Rovnako ako ultrazvukový senzor, aj vibrátor zlúčeniny je flexibilne pripevnený na základni. Kompozitný vibrátor je kombináciou rezonátora a vibrátora piezoelektrického prvku bimorfu zložený z kovového plechu a piezoelektrického keramického plechu. Rezonátor je v tvare trúbky, účelom je účinne vyžarovať ultrazvukové vlny generované v dôsledku vibrácií a účinne koncentrovať ultrazvukové vlny v centrálnej časti vibrátora.

    Výhody ultrazvukového senzora: pozdĺžne rozlíšenie je vysoké a dokáže identifikovať priehľadné, priesvitné a difúzne odrazové objekty; Obzvlášť vhodné na nekontaktné meranie v tmavých, vlhkých a iných tvrdých podmienkach; Na základe systému snímania ultrazvukového senzora je ľahké realizovať miniaturizáciu a integráciu.