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浅谈超声波传感器原理及其相关应用

作者:深圳铭之光 发布时间:2017-08-21 15:20:56
人类能听到的声音是由振动产生的,频率在20Hz到20kHz范围内,称为可闻声波。低于20Hz的机械振动人耳不可闻,称为次声波;高于20kHz的机械振动称为超声波,常用的超声波频率为几十kHz至几十MHz。
 


超声波传感器,资料图
 
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)和纵向振荡(纵波)。工业中的应用常采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,但传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波频率较低,一般为几十kHz,但衰减较快;在固体、液体中传播频率较高,但衰减较小,传播较远。
 
目前,超声波技术已渗透到我们生活中的许多领域,如B超、遥控、防盗、无损探伤等等。
 
超声波传感器的原理
 
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器,由发送传感器、接收传感器、控制部分与电源部分组成。发送器传感器由发送器与使用直径为15mm左右的陶瓷振子换能器组成,换能器的作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中辐射;接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成,换能器接收波产生机械振动,将其变换成电能量,作为传感器接收器的输出,从而对发送的超声波进行检测。实际使用中,用作发送传感器的陶瓷振子也可用作接收器传感器上的陶瓷振子。控制部分主要对发送器发出的脉冲链频率、占空比、稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。
 


例如在立式自动填充包装机中,超声波传感器主要用于测量卷膜的厚度,以及包装膜在传送过程的张力程度。资料图
 
超声波传感器的应用
 
超声波传感器应用在许多方面,医学应用是其最主要的应用之一。超声波在医学上的应用主要是诊断疾病。超声波诊断是利用超声波的反射原理,当超声波在人体组织中传播遇到两层声阻抗不同的介质界面时,在该界面就产生反射回声。每遇到一个反射面时,回声在示波器的屏幕上显示出来,而两个界面的阻抗差值也决定了回声振幅的高低。
 
在工业方面,超声波的典型应用是对金属的无损探伤、超声波测厚和测量液位等。超声波探测既能够检测材料表面的缺陷,又可以检测材料内部几米深的缺陷。 

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