超声波传感器的特性专业知识讲座.pptx
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1、第第1 1讲讲 超声波传感器的特性超声波传感器的特性 超声波传感器原理与应用超声波传感器原理与应用超声波传感器的特性专业知识讲座第1页第第1 1讲讲 超声波传感器的特性超声波传感器的特性 超声波传感器特征超声波传感器特征超声波特征超声波特征压电式超声波传感器基本工作原理压电式超声波传感器基本工作原理超声波传感器特征超声波传感器特征超声波传感器测距基本原理超声波传感器测距基本原理实训实训1:超声波传感器特征测试:超声波传感器特征测试超声波传感器的特性专业知识讲座第2页第第1 1讲讲 超声波传感器的特性超声波传感器的特性 超声波特征超声波特征什么是超声波?什么是超声波?人耳可听到声音频率为人耳可听
2、到声音频率为20 Hz20 kHz之间。人之间。人耳听不到声波:当频率高于耳听不到声波:当频率高于20 kHz称为超声波;称为超声波;频率频率低于低于20Hz称为次声波。称为次声波。超声波特征:超声波特征:超声波为直线传输方式,频率越高,就越靠近光超声波为直线传输方式,频率越高,就越靠近光学反射、折射等特征。所以可利用上述性质制成超声学反射、折射等特征。所以可利用上述性质制成超声波传感器。波传感器。超声波在空气中传输速度较慢,为超声波在空气中传输速度较慢,为340m/s,所以,所以超声波传感器使用变得非常简单。超声波传感器使用变得非常简单。超声波传感器的特性专业知识讲座第3页第第1 1讲讲 超
3、声波传感器的特性超声波传感器的特性 超声波波动模式超声波波动模式当声源在介质中施力方向与波在介质中传输方向不一样时,声波波型也不一样。通常有:纵波纵波:质点振动方向与波传输方向一致波质点振动方向与波传输方向一致波,它能,它能在固体、液体和气体介质中传输;在固体、液体和气体介质中传输;横波:质点振动方向垂直于传输方向波,它只能在固体介质中传输;表面波:质点振动介于横波与纵波之间,沿着介质表面传输,其振幅随深度增加而快速衰减波,表面波只在固体表面传输。超声波传感器的特性专业知识讲座第4页第第1 1讲讲 超声波传感器的特性超声波传感器的特性 压电式超声波传感器基本工作原理压电式超声波传感器基本工作原
4、理 超声波传感器按原理划分有压电式、超声波传感器按原理划分有压电式、磁致伸缩式、磁致伸缩式、电磁式电磁式等等,等等,其中压电式最惯用,我们以压电式为代表重点介绍。其中压电式最惯用,我们以压电式为代表重点介绍。人们利用压电材料压电效应制成压电式超声波传感器(由人们利用压电材料压电效应制成压电式超声波传感器(由发送器和接收器组成)。发送器和接收器组成)。压电效应有正向压电效应和逆向压电效应。压电效应有正向压电效应和逆向压电效应。超声波传感器是可逆元件。超声波传感器是可逆元件。超声波发送器是利用逆向压电效应制成超声波发送器是利用逆向压电效应制成即在压电元件即在压电元件上施加电压,元件就变形(也称应变
5、)引发空气振动产生超声上施加电压,元件就变形(也称应变)引发空气振动产生超声波,超声波一疏密波形式传输,传送给超声波接收器。波,超声波一疏密波形式传输,传送给超声波接收器。而超声波接收器是利用正向压电效应制成而超声波接收器是利用正向压电效应制成即接收到超即接收到超声波促使接收器振子伴随对应频率进行振动,因为存在正向压声波促使接收器振子伴随对应频率进行振动,因为存在正向压电效应,就产生与超声波频率相同高频电压。电效应,就产生与超声波频率相同高频电压。当然这种电压非常小,必须采取放大器进行放大。当然这种电压非常小,必须采取放大器进行放大。超声波传感器的特性专业知识讲座第5页第第1 1讲讲 超声波传
6、感器的特性超声波传感器的特性 基座基座双压电陶瓷晶片双压电陶瓷晶片锥形振子锥形振子屏蔽栅外壳屏蔽栅外壳空气中用超声波传感器结构空气中用超声波传感器结构 如右图所表示,采取双压电陶如右图所表示,采取双压电陶瓷晶片结构。将双压电陶瓷晶片固瓷晶片结构。将双压电陶瓷晶片固定安装在基座上,为了增强其效果,定安装在基座上,为了增强其效果,在压电晶片上面加装了锥形振子,在压电晶片上面加装了锥形振子,最终将其装在金属壳体中并伸出两最终将其装在金属壳体中并伸出两根引线。根引线。发送超声波时,圆锥形振子有发送超声波时,圆锥形振子有较强方向性,因而能高效率地发送较强方向性,因而能高效率地发送超声波;接收超声波时,超
7、声波振超声波;接收超声波时,超声波振动集中于振子中心,所以能产生高动集中于振子中心,所以能产生高效率高频电压。效率高频电压。超声波传感器的特性专业知识讲座第6页第第1 1讲讲 超声波传感器的特性超声波传感器的特性 超声波传感器选型超声波传感器选型 普通市售超声波传感器有专用型和兼用型两种:专普通市售超声波传感器有专用型和兼用型两种:专用型就是发送器用作发送超声波,接收器用作接收超声用型就是发送器用作发送超声波,接收器用作接收超声波;兼用型就是发送器和接收器为一体传感器,即可发波;兼用型就是发送器和接收器为一体传感器,即可发送超声波,又可接收超声波。送超声波,又可接收超声波。超声波传感器谐振频率
8、(即压电元件中心频率)为超声波传感器谐振频率(即压电元件中心频率)为23KHz、40KHz、75KHz、200KHz、400KHz 等。因为等。因为超声波在空气中传输时衰减很大,衰减程度与频率成正超声波在空气中传输时衰减很大,衰减程度与频率成正比,不过谐振频率越高则分辨率也会越高,则检测距离比,不过谐振频率越高则分辨率也会越高,则检测距离变短,所以短距离测量时普通选频率高传感器(变短,所以短距离测量时普通选频率高传感器(100KHZ以上),长距离测距只能选频率低传感器。以上),长距离测距只能选频率低传感器。超声波传感器的特性专业知识讲座第7页第第1 1讲讲 超声波传感器的特性超声波传感器的特性
9、 超声波传感器特征超声波传感器特征 现以专用在空气中传输成对配套使用超声发射器与接现以专用在空气中传输成对配套使用超声发射器与接收器为例来介绍:收器为例来介绍:通常发送传感器工作于输出最大串联谐振频率,而接通常发送传感器工作于输出最大串联谐振频率,而接收传感器工作于接收灵敏度最高并联谐振频率;经过试验收传感器工作于接收灵敏度最高并联谐振频率;经过试验我们发觉,发送传感器串联谐振频率与接收传感器并联谐我们发觉,发送传感器串联谐振频率与接收传感器并联谐振频率几乎一致。振频率几乎一致。所以超声波传感器在实际应用时,都是在谐振频率附所以超声波传感器在实际应用时,都是在谐振频率附近使用。超声波接收头必须
10、采取与发射头对应型号,关键近使用。超声波接收头必须采取与发射头对应型号,关键是谐振频率要一致,不然将因无法产生共振而影响接收效是谐振频率要一致,不然将因无法产生共振而影响接收效果,甚至无法接收。果,甚至无法接收。另外,超声波传感器含有高阻特征,驱动电流小,要另外,超声波传感器含有高阻特征,驱动电流小,要求驱动电压较高,是电压驱动型传感器。求驱动电压较高,是电压驱动型传感器。超声波传感器的特性专业知识讲座第8页第第1 1讲讲 超声波传感器的特性超声波传感器的特性 超声波传感器特征超声波传感器特征 本系统所使用发射器和接收器是以中心频率(或谐振频率)本系统所使用发射器和接收器是以中心频率(或谐振频
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