|
|
|
УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ДАТЧИКИДля проведения бесконтактных измерений можно разработать активный датчик, который бы мог одновременно и передавать эталонный сигнал, и принимать отраженный от объекта сигнал. Передаваться энергия может в виде любого излучения — к примеру, через электромагнитные волны оптического (как в ПЧД) или микроволнового диапазонов, через акустические волны и т.д. Принцип передачи и приема ультразвуковой энергии лежит в основе очень популярных ультразвуковых сенсоров и детекторов скорости. ультразвуковые волны являются механическими акустическими волнами, частота которых лежит за пределами слышимости человеческого уха — более 20 кГц. Однако сигналы этих частот воспринимаются некоторыми животными: собаками, кошками, грызунами и насекомыми. А некоторые виды млекопитающих, таких как летучие мыши и дельфины, общаются друг с другом ультразвуковыми сигналами. При столкновении любых волн с объектом часть их энергии отражается. В случае ультразвуковых волн отраженная энергия рассеивается в пространстве. Это означает, что вне зависимости от направления падающего луча, все отраженные лучи почти равномерно распределяются внутри широкого пространственного угла, который может достигать значения 180°. При движении объекта частота отраженных волн не совпадает с частотой излучаемых волн. Это и есть так называемый эффект Доплера. Этот эффект характерен для волн любой природы, в том числе и ультразвуковых). Если излучатель и приемник расположены недалеко друг от друга по сравнению с расстоянием до объекта, cos#=l. Очевидное преимущество ультразвуковых волн над волнами микроволнового диапазона заключается в том, что они распространяются со скоростями, которые намного меньше скорости света, характерной для СВЧ-волн. Поэтому интервал t для них гораздо длиннее, что упрощает его измерение, и, следовательно, снижает стоимость устройств.
Рис. 7.39. ультразвуковые датчики расстояний: А — принципиальная
схема, Б — импедансная характеристика пьезоэлектрического преобразователя
Для генерации любых механических волн, включая ультразвуковые, требуется организовать обратно поступательное движение поверхности, при котором создаются зоны разряжения и сжатия рабочей среды: газовой (воздушной), жидкостной. Для возбуждения ультразвуковых волн чаще всего применяются пьезоэлектрические преобразователи, работающие в так называемом моторном режиме. Это название указывает на то, что в данном режиме пьезоэлектрические устройства напрямую преобразуют электрическую энергию в механическую. На рис. 7.40А отображено, что входное напряжение, приложенное к пьезокера-мическому элементу заставляет его изгибаться, возбуждая тем самым ультразвуковые волны. Поскольку пьезоэлектричество является обратимым эффектом, воздействие ультразвуковых волн на тот же керамический элемент приводит к появлению на его поверхности электрических зарядов. Другими словами, элемент может работать и как излучатель, и как приемник (микрофон). Типичная рабочая частота излучающего пьезоэлемента составляет около 32 кГц. Для повышения эффективности частота задающего генератора должна быть равна резонансной частоте/г керамического элемента (рис. 7.39Б). При соблюдении этого условия удается реализовать лучшую чувствительность и эффективность элемента. При работе схемы в импульсном режиме для передачи и приема сигнала можно использовать один и тот же пьезопреобразователь. При непрерывном режиме работы необходимы два пьезоэлемента. На рис. 7.40Б отображена типовая схема ультразвукового датчика перемещений, работающего в воздушной среде, а на рис. 7.41 А — его внешний вид. Часто на практике важно знать диаграмму направленности датчика, которая имеет вид, изображенный на рис. 7.41 Б. Чем уже диаграмма, тем выше чувствительность преобразователя. 
Рис. 7.40. Пьезоэлектрический ультразвуковой
преобразователь: А — входное напряжение приводит к изгибу элемента, что
вызывает генерацию ультразвуковых волн. И наоборот, в результате воздействия
волн на выходе преобразователя появляется напряжение; Б — ультразвуковой
преобразователь с открытой апертурой для работы.
Рис. 7.41. А — ультразвуковой преобразователь, работающий в
воздухе, Б — диаграмма направленности
.
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
