超声波传感器(下)课件.ppt
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- 超声波传感器 课件
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1、2022-12-26二、超声波发生器原理二、超声波发生器原理n压电晶体:压电晶体:n压电效应、压电效应、逆压电效应逆压电效应_y逆压电效应逆压电效应电致伸缩效应电致伸缩效应在压电材料切片上施加交变电压,使它产生电致伸缩在压电材料切片上施加交变电压,使它产生电致伸缩振动,而产生超声波,如图所示。振动,而产生超声波,如图所示。2022-12-26压电材料的压电材料的固有频率:固有频率:n当外加交变电压频率等于晶片的固有频率时,产生共振,这当外加交变电压频率等于晶片的固有频率时,产生共振,这时产生的超声波最强。时产生的超声波最强。共振共振n压电效应换能器可以产生几十千赫兹到几十兆赫兹的高频超压电效应
2、换能器可以产生几十千赫兹到几十兆赫兹的高频超声波。声波。2022-12-26三、超声波接收器原理三、超声波接收器原理n在超声波技术中,除了需要能产生超声波的发生器以在超声波技术中,除了需要能产生超声波的发生器以外,还需要能接收超声波的外,还需要能接收超声波的接收器接收器。n一般的超声波接收器是利用超声波发生器的逆效应而一般的超声波接收器是利用超声波发生器的逆效应而进行工作的。进行工作的。n压电式超声波接收器是利用压电式超声波接收器是利用正压电效应正压电效应进行工作的。进行工作的。它的结构和超声波发生器基本相同,有时就用同一个它的结构和超声波发生器基本相同,有时就用同一个换能器兼做发生器和接收器
3、两种用途。换能器兼做发生器和接收器两种用途。压压电电晶晶体体测测量量电电路路超声波超声波2022-12-26n为了以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收为了以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器超声波传感器,习,习惯上称为惯上称为超声波换能器超声波换能器,或,或超声波探头超声波探头。n1、超声波测距原理:、超声波测距原理:q超声波发射探头发出的超声波脉冲在介质中传到相超声波发射探头发出的超声波脉冲在介质中传到相介面经过反射后,再反回到接收探头。介面经过反射后,再反回到接收探头。超声波探头超声波探头2022-12-2
4、62、超声波探头材料、超声波探头材料n常用的材料:压电晶体和压电陶瓷,这种探头统称为压常用的材料:压电晶体和压电陶瓷,这种探头统称为压电式超声波探头。电式超声波探头。n工作原理:利用压电材料的压电效应。工作原理:利用压电材料的压电效应。q逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动,以产逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动,以产生超声波,可做为发射探头。生超声波,可做为发射探头。q利用正压电效应则将接收的超声振动转换成电信号,利用正压电效应则将接收的超声振动转换成电信号,可作为接收探头。可作为接收探头。2022-12-26超声波探头中的压电陶瓷芯片超声波探头中的压电陶瓷芯片 将数百伏的超声电脉
5、冲加到压电晶片上,利用逆压将数百伏的超声电脉冲加到压电晶片上,利用逆压电效应,使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当电效应,使晶片发射出持续时间很短的超声振动波。当超声波经被测物反射回到压电晶片时,利用压电效应,超声波经被测物反射回到压电晶片时,利用压电效应,将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。将机械振动波转换成同频率的交变电荷和电压。2022-12-26耦合剂耦合剂 超声探头与被测物体接触时,探头与被测物体表面间存超声探头与被测物体接触时,探头与被测物体表面间存在一层空气薄层,空气将引起三个界面间强烈的杂乱反在一层空气薄层,空气将引起三个界面间强烈的杂乱反射波,造成干扰,并造成很大的
6、衰减。为此,必须将接射波,造成干扰,并造成很大的衰减。为此,必须将接触面之间的空气排挤掉,使超声波能顺利地入射到被测触面之间的空气排挤掉,使超声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中,经常使用一种称为耦合剂的液体物介质中。在工业中,经常使用一种称为耦合剂的液体物质,使之充满在接触层中,起到传递超声波的作用。常质,使之充满在接触层中,起到传递超声波的作用。常用的耦合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化用的耦合剂有自来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。学浆糊等。2022-12-26空气超声探头空气超声探头 n以空气为传导介质的超声探头。锥形共振盘:提高发以空气为传导介质的超声探头。锥形共
7、振盘:提高发生效率;阻抗匹配器:提高接受效率。生效率;阻抗匹配器:提高接受效率。a a)超声发射器超声发射器 b b)超声接收器)超声接收器 11外壳外壳 22金属丝网罩金属丝网罩 33锥形共振盘锥形共振盘 44压电晶片压电晶片 55引脚引脚 66阻抗匹配器阻抗匹配器 77超声波束超声波束 2022-12-26四、超声波传感器的应用四、超声波传感器的应用 n当超声发射器与接收器分别置于被测物两侧时,这种当超声发射器与接收器分别置于被测物两侧时,这种类型称为透射型。类型称为透射型。q透射型可用于遥控器、防盗报警器、接近开关等。透射型可用于遥控器、防盗报警器、接近开关等。n超声发射器与接收器置于同
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