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[说明]超声波传感器及应用

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文章出处:上仪营销中心技术部 [2007/4/20 ]
责任编辑:上仪营销中心技术部
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   人们能听到声音是由于物体振动产生的,它的频率在20HZ-20KHZ范围内,超过20KHZ称为超声波,低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ
    
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,并在通迅,医疗家电等各方面得到广泛应用。
   
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。有的超声波传感器既作发送,也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器,其结构如图1所示,发送与接收略有差别,它适用于在空气中传播,工作频率一般为23-25KHZ40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有T/R-40-60T/R-40-12等(其中T表示发送,R表示接收,40表示频率为40KHZ1612表示其外径尺寸,以毫米计)。另有一种密封式超声波传感器(MA40EI型),其外型如图2。它的特点是具有防水作用(但不能放入水中),可以作料位及接近开关用,它的性能较好。T/R40系列及MA40EI的特性如表1及表2所示。超声波应用有三种基本类型,如图3所示,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;反射型用于材料探伤、测厚等。

1、遥控开关  超声波遥控开关可控制家用电器及照明灯。采用小型超声波传感器(Φ12-Φ16),工作频率在40KHZ,遥控距离约10.遥控器的发送电路如图4所示,这是由555时基电路组成的振荡器,调整10KΩ电位器,使振荡频率为40KHZ,传感器接在脚,接下按钮时,发送出超声波,接收电路如图5所示。电源由220V经电容降压、整流、滤波、稳压后获得12V工作电压。由于是非隔离电源,要整个电路用塑料外壳封装,以防触电(在调试时也应注意)。信号由超声波接收器接收,经Q1Q2放大(LC谐振槽路调谐在40KHZ)。放大后的信号去触发由Q3Q4组成的双稳态电路,Q5LED作为触发隔离,并可发光显示。由于双稳态在开机时有随机性,故加一清零按钮。Q5输出的触发信号使双向可控硅导通,负载接通。要负载断路,则要按一次发送钮。
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、液位指示及控制器  由于超声波在空气中有一定的衰减,则发送到液面及从液面反射回来的信号大小与液位有关,液面位置越高,信号越大;液面越低则信号就小。液位发送电路部分与图4相同,接收部分见图6所示。接收到的信号经BG1BG2放大,经D1D2整流成直流电压。当4.7KΩ上的电压超过BG3的导通电压时,有电流流过BG3,电流表有指示,电流大小与液面有关。图7为液位控制器电路。A点与上图A点相连接。当液位低于设置值时,比较器输出为低电平。BG不导通,若液位升到规定位置,比较器翻转,输出高电平。BG导通,J吸合,可通过电磁阀将输液开关关闭,以达到控制的目的(高位控制)。

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