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超声波传感器原理与应用知识
发布时间:2021-07-07   点击次数:109次

超声波传感器原理与应用知识

 

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)及纵和振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波,其频率较低,一般为几十KHZ,而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快,而在液体及固体中传播,衰减较小,传播较远。利用超声波的特性,可做成各种超声传感器,配上不同的电路,制成各种超声测量仪器及装置,并在各个行业得到广泛应用。

 

超声波应用有三种基本类型,透射型用于遥控器,防盗报警器、自动门、接近开关等;分离式反射型用于测距、液位或料位传感器;反射型用于材料探伤、测厚传感器等。

 

1、超声波传感器的基本原理

 

超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接收器。超声波传感器包括三个部分:超声换能器、处理单元和输出级。

 

首先处理单元对超声换能器加以电压激励,其受激后以脉冲形式发出超声波,接着超声换能器转入接受状态(相当于一个麦克风),处理单元对接收到的超声波脉冲进行分析,判断收到的信号是不是所发出的超声波的回声。如果是,就测量超声波的行程时间,根据测量的时间换算为行程,除以2,即为反射超声波的物体距离。

 

把超声波传感器安装在合适的位置,对准被测物变化方向发射超声波,就可测量物体表面与传感器的距离。

 

2、环境对超声波测量的影响

 

1)空气温度的影响

 

声波行程时间受气温的影响程度为0.17%/K。也就是说40℃时的声速相对于20℃时改变了+3.4%,因此测量距离也会改变约+3.4%。但如果选用的超声波传感器中有温度补偿功能,此影响可忽略不计。

 

2)空气湿度的影响

 

从干燥的空气到饱和湿度的空气中,声速最多增加2%。因此测量距离改变最大也只有2%。实际现场中,空气湿度变化不会如此大,此影响一般小于1%

 

3)空气压力的影响

 

在一固定地点,正常情况下的气压波动为±5%,会造成声速波动约±0.6%

 

4)气流的影响

 

当风速大于50km/h时,声波速度及方向的改变会大于3%。在现场使用中,只有靠近被测物表面的几厘米的气流有可能大于20km/h,且垂直于测量方向,故对测量结果的影响可忽略。

 

5)油雾的影响

 

只要防止油雾沉降在超声换能器的有效表面上,就可避免它的影响。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(来源:网络,版权归原作者)

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