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新闻来源:新物联Newiot整理       发布时间:2021/9/18 9:25:29       共计:116 浏览
超声波换能器和超声波传感器是产生或感应超声波能量的设备。它们可以分为三大类:发送器、接收器和收发器。发射器将电信号转换为超声波,接收器将超声波转换为电信号,收发器既可以发射也可以接收超声波。

超声波感应是检测透明物体的最佳方式之一,具有高可靠性,有些超声波传感器可以检测任何颜色、表面或材料的物体。在其他光学技术可能失效的情况下,超声波传感器是一种可靠的标签检测解决方案,可用于任何照明环境。



本文超声波传感器目录:

1、应用和性能
2、换能器
3、在医学上的使用

4、工业用途


一、超声波传感器应用程序和性能

超声波可用于测量风速和风向(风速计)、罐或通道液位以及通过空气或水的速度。为了测量速度或方向,设备使用多个检测器并根据与空气或水中颗粒物的相对距离计算速度。为了测量罐或通道液位,以及海平面(潮汐计),传感器测量到流体表面的距离(测距)。进一步的应用包括:加湿器、声纳、医学超声、防盗报警、无损检测和无线充电。

系统通常使用换能器,通过将电能转换为声音,然后在接收到回声后将声波转换为可以测量和显示的电能,从而产生 18 kHz 以上的超声波范围内的声波。


这项技术也可以检测接近的物体并跟踪它们的位置。

超声波还可用于通过在换能器之间传输和接收离散的超声波突发来进行点对点距离测量。这种技术被称为声纳微测量其中的超声信号的渡越时间的电子测量,(即数字)和数学转换为换能器假定是已知的换能器之间的介质的声速之间的距离。这种方法在时间和空间分辨率方面非常精确,因为飞行时间测量可以通过参考电平或零交叉跟踪相同的入射(接收)波形得出。这使得测量分辨率远远超过由换能器产生的声频波长。


二、超声波换能器

超声波换能器将交流电转换为超声波,反之亦然。超声波,通常是指压电换能器或电容换能器。当施加电压时,压电晶体会改变尺寸和形状;交流电压使它们以相同的频率振荡并产生超声波。电容式换能器使用导电膜片和背板之间的静电场。

换能器的波束模式可由有效换能器面积和形状、超声波波长和传播介质的声速确定。这些图表显示了未聚焦和聚焦超声换能器在水中的声场,显然处于不同的能量水平。

由于压电材料在受力时会产生电压,因此它们也可以用作超声波探测器。一些系统使用单独的发射器和接收器,而另一些系统将这两种功能结合到一个压电收发器中。

超声波发射器也可以使用非压电原理。比如磁致伸缩。当暴露在磁场中时,具有这种特性的材料会略微改变尺寸,并制成实用的换能器。

电容器(“冷凝器”)麦克风具有响应超声波的薄隔膜。振膜和紧密间隔的背板之间电场的变化将声音信号转换为电流,该电流可以被放大。

隔膜(或膜)原理也用于相对较新的微机械超声换能器 (MUT)。这些器件是使用硅微加工技术(MEMS技术)制造的,这对制造换能器阵列特别有用。可以使用隔膜和紧密间隔的背板 ( CMUT )之间的电容或通过在隔膜上添加薄薄的压电材料层 ( PMUT ) 以电子方式测量或感应隔膜的振动。或者,最近的研究表明,隔膜的振动可以通过集成在隔膜内部的微型光学环形谐振器(OMUS) 来测量。

超声波换能器也用于声悬浮。



三、超声波传感器在医学中的使用

医用超声换能器(探头)有各种不同的形状和尺寸,用于制作身体各个部位的横截面图像。换能器可以与皮肤接触使用,如在胎儿超声成像中,或插入身体开口,如直肠或阴道。执行超声引导程序的临床医生通常使用探头定位系统来固定超声换能器。

四、超声波传感器在工业中使用

在许多自动化工厂和加工厂中,超声波传感器可以检测目标的移动并测量它们的距离。传感器可以具有用于检测物体运动的开或关数字输出,或与距离成比例的模拟输出。作为幅材引导系统的一部分,它们可以感应材料的边缘。

超声波传感器在汽车中广泛用作停车传感器,以帮助驾驶员倒车进入停车位。它们正在接受许多其他汽车用途的测试,包括超声波人员检测和辅助自主无人机导航。

由于超声波传感器使用声音而不是光进行检测,因此它们可以在光电传感器无法使用的应用中工作。超声波是透明物体检测和液位测量的绝佳解决方案,这些应用由于目标半透明而受到光电技术的困扰。同样,目标颜色或反射率不会影响超声波传感器,超声波传感器可以在强光环境中可靠运行。

无源超声波传感器可用于检测高压气体或液体泄漏,或其他产生超声波的危险情况。在这些设备中,来自换能器(麦克风)的音频被转换为人类听觉范围。

高功率超声波发射器用于市售超声波清洗设备。超声波换能器固定在装有溶剂(通常是水或异丙醇)的不锈钢盘上。方波馈入换能器,在溶剂中产生足以引起空化的声音。

超声波技术已被用于多种清洁目的。在过去十年中,其中一个获得了相当大的吸引力的是超声波枪清洁。

超声波检测还广泛用于冶金和工程领域,以使用不同类型的扫描来评估腐蚀、焊缝和材料缺陷。


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