超声波传感器技术原理及应用前景

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时间:2018-10-20

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1、超声波传感器的技术原理及应用前景一、原理简述:  超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波,由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的,它具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大,尤其是在阳光不透明的固体中,它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波,碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面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传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头。

2、  超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构,可分直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头(表面波)、兰姆波探头(兰姆波)、双探头(一个探头反射、一个探头接收)等。  超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小,如直径和厚度也各不相同,因此每个探头的性能是不同的,我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标,包括;  (1)工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时,输出的能量最大,灵敏度也最高。  

3、(2)工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高,特别时诊断用超声波探头使用功率较小,所以工作温度比较低,可以长时间地工作而不产生失效。医疗用的超声探头的温度比较高,需要单独的制冷设备。  (3)灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大,灵敏度高;反之,灵敏度低。  二、结构与工作原理  超声波距离传感器可以广泛应用在物位(液位)监测,机器人防撞,各种超声波接近开关,以及防盗报警等相关领域,工作可靠,安装方便,防水型,发射夹角较小,灵敏度高,方便与工业显示仪表连接,也提供发射夹角较大的探头。  1、超声波测距仪:  HpAWK超高能声波测距技术HpAWK系列产品使超声波测距技术有了重

4、大的突破,它不仅拓宽了超声波测距技术的应用场合(适用极恶劣工的工作环境),而且使用智能调节技术,大大提高了超声波产品的可靠性及性能指标,让用户使用无后顾之忧。。  优秀的回波处理技术,5-50KHZ的超高强发波频率使HAWK物位计最大量程可达到120米,适用介质温度为–20℃—+175℃。智能的全自动调节发波频率,自动的温差补偿功能使其工作更加稳定可靠。HpAWK系列产品还拥有灵活多变的工作方式(供电电源可为12VDC、24VDC、110VAC、220VAC;二/三/四线制同一仪表中可随意组合。它还拥有先进的远程GSM、CDMA、互联网调试功能,使得用户随时可以得到技术支持。  HpAW

5、K产品以它尖端的技术稳定可靠的工作质量,在化工、电力、冶金、煤矿、码头、水处理、轻工及食品卫生等行业得到广泛的应用。  2、超声波探鱼器:  超声波测量技术其原理很简单,说得高档点的名称叫“多普拉效应”,山村孩童便叫“回音”,就如在一山谷叫一声“你好吗”,不一会听见好像有人学你的说话一样“你...好...吗...”。人们正由此点,开发出超声波测量技术。像自然界中,以蝙蝠都可算为代表了,在蝙蝠洞里既要觅食,又要用声波测距,而要在洞内用超声波测距是一件很困难的事情,很先进的科技产品也做不到。在空中,当声音鼓动空气而向前传递讯息时,遇到大小不同、软硬不一的物体时,其会产生相应强弱的反射声音,而

6、我们以咪高峰接收此反弹回来的声音,计算其反弹的时间差距,从而可了解前面物体与你的距离,由其反弹的强弱,得知物体的大小,此为超声波在空中测量的应用原理,一如在机场使用的雷达。  在水中的情况便有分别,因为水的密度与空气的密度明显不同,同样强度的声音,水中传递和空中传递,完全是两码子的事,故此我们在水中使用超声波探测,先决条件是功率要强大,才能有反弹回来的讯号。1950年代,美国海军的潜艇搜寻技术已充分发展,要搜寻潜艇已不容易,更何况比潜艇小得多的鱼,要从中取得突破,必先从超声波的特性中,找出其奥妙。原来除了功率强大外,其频率高低亦具决定性,而接收讯号后的分析技术,更不容缺少。要在众多讯号中

7、分辨出合适的数据是相当困难的。正因如此,在往后美国民间的不断开发,才渐渐开始有捕鱼船安装了专为搜鱼的超声波探鱼器。而直至目前为止,海洋中使用的超声波探测技术,无论是理论或产品,都以美国为主,后起之日本及德国,亦是近年来才能加入。  至于中国,在2001年的国际产品展览会中,才有这方面的产品,填补这方面的空白,这就是香港金时(科技)公司,不断努力研制并生产的便携式探鱼器。且与国外主要品牌并驾齐驱,成为真正的高新技术之便携式探鱼器。在医

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