Cảm biến siêu âm

        Cảm biến siêu âm là các cảm biến được phát triển bằng cách sử dụng các đặc điểm của siêu âm. Cảm biến siêu âm là các cảm biến chuyển đổi tín hiệu siêu âm thành các tín hiệu năng lượng khác (thường là tín hiệu điện). Siêu âm là một sóng cơ học với tần số rung cao hơn 20kHz. Nó có các đặc điểm của tần số cao, bước sóng ngắn, hiện tượng nhiễu xạ nhỏ, đặc biệt là chỉ thị tốt và có thể là tia sáng và truyền hướng. Siêu âm có một khả năng tuyệt vời để thâm nhập vào chất lỏng và chất rắn, đặc biệt là trong các chất rắn mờ đục với ánh sáng mặt trời. Sóng siêu âm gặp các tạp chất hoặc giao diện sẽ tạo ra các phản xạ đáng kể để tạo thành tiếng vang phản xạ và các đối tượng di chuyển có thể tạo ra hiệu ứng Doppler. Các cảm biến siêu âm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, quốc phòng, y sinh, v.v.

Thiết bị thực hiện chức năng này là một cảm biến siêu âm, theo truyền thống được gọi là đầu dò siêu âm hoặc đầu dò siêu âm.

Các chỉ số hiệu suất chính của cảm biến siêu âm

Cốt lõi của một đầu dò siêu âm là một chip áp điện trong áo khoác nhựa hoặc kim loại của nó. Có thể có nhiều loại vật liệu cấu thành wafer. Kích thước của wafer, chẳng hạn như đường kính và độ dày cũng khác nhau, vì vậy hiệu suất của mỗi đầu dò là khác nhau, chúng ta phải hiểu hiệu suất của nó trước khi sử dụng. Các chỉ số hiệu suất chính của các cảm biến siêu âm bao gồm:

    (1) Tần suất làm việc. Tần số hoạt động là tần số cộng hưởng của wafer áp điện. Khi tần số của điện áp AC được áp dụng cho nó bằng tần số cộng hưởng của chip, năng lượng đầu ra là lớn nhất và độ nhạy cũng là cao nhất.

    (2) Nhiệt độ làm việc. Do điểm curie của vật liệu áp điện thường tương đối cao, đặc biệt là khi đầu dò siêu âm để chẩn đoán sử dụng ít năng lượng hơn, nhiệt độ làm việc tương đối thấp và nó có thể hoạt động trong một thời gian dài mà không bị hỏng. Các đầu dò siêu âm y tế có nhiệt độ tương đối cao và yêu cầu thiết bị làm lạnh riêng biệt.

    (3) Độ nhạy. Nó chủ yếu phụ thuộc vào chính sản xuất wafer. Hệ số khớp nối cơ điện là lớn và độ nhạy cao; Nếu không, độ nhạy là thấp.

Cấu trúc và nguyên tắc làm việc

    Khi điện áp được áp dụng cho gốm áp áp, biến dạng cơ học sẽ xảy ra với những thay đổi về điện áp và tần số. Mặt khác, khi gốm áp điện được rung, một điện tích được tạo ra. Sử dụng nguyên tắc này, khi một tín hiệu điện được áp dụng cho một máy rung bao gồm hai gốm áp điện hoặc gốm áp điện và một tấm kim loại, một nguyên tố được gọi là hai nguyên tố bimorph, sóng siêu âm được phát ra do rung động. Ngược lại, khi độ rung siêu âm được áp dụng cho phần tử lưỡng âm, tín hiệu điện được tạo ra. Dựa trên các hiệu ứng trên, gốm áp điện có thể được sử dụng làm cảm biến siêu âm.

    Giống như một cảm biến siêu âm, một bộ rung hợp chất được cố định linh hoạt trên đế. Máy rung tổng hợp là sự kết hợp của bộ cộng hưởng và bộ rung phần tử áp điện lưỡng kim bao gồm một tấm kim loại và một tấm gốm áp điện. Bộ cộng hưởng có hình kèn, mục đích là để tỏa ra một cách hiệu quả các sóng siêu âm được tạo ra do rung động, và tập trung hiệu quả các sóng siêu âm ở phần trung tâm của máy rung.

    Những ưu điểm của cảm biến siêu âm: độ phân giải dọc cao và nó có thể xác định các đối tượng phản xạ trong suốt, mờ và khuếch tán; đặc biệt thích hợp cho phép đo không tiếp xúc trong các điều kiện tối, ẩm và các điều kiện khắc nghiệt khác; Dựa trên hệ thống cảm biến siêu âm, dễ dàng nhận ra thu nhỏ và tích hợp.