Пьезоэлектрические ультразвуковые датчики — это важное направление в сенсорике. В этой статье представлена информация о пьезоэлектрических ультразвуковых датчиках, которая будет вам полезна.
Что такое пьезоэлектрический датчик
Классификация пьезодатчиков
Что такое пьезоэлектрический ультразвуковой датчик
Принцип работы пьезоультазвукового датчика
Применение пьезоэлектрических ультразвуковых датчиков
1. Что такое пьезоэлектрический датчик?
Пьезоэлектрический датчик — это тип датчика, работающий на основе пьезоэффекта. Это самогенерирующий электромеханический преобразователь. Его чувствительный элемент изготовлен из пьезоматериала, который создает поверхностный заряд при воздействии силы. Этот заряд после усиления и преобразования импеданса усилителем заряда и измерительной схемой становится электрическим сигналом, пропорциональным внешнему усилию. Пьезодатчики часто используются для измерения гибкого движения, касания, вибрации и удара. Они применяются в медицине, аэрокосмической отрасли, потребительской электронике и ядерной инструменталистике.
2. Классификация пьезодатчиков:
Существует примерно четыре типа:
- Пьезоэлектрические силомеры
- Пьезоэлектрические датчики давления
- Пьезоэлектрические акселерометры
- Полимерные датчики давления
3. Что такое пьезоэлектрический ультразвуковой датчик?
Ультразвуковой датчик — это sensor, преобразующий ультразвуковые сигналы в другие энергетические сигналы (обычно в электрические). Ультразвук — это механические волны с частотой колебаний выше 20 кГц. Они обладают высокой частотой, малой длиной волны, слабой дифракцией, особенно хорошей направленностью и могут распространяться как луч. Ультразвук имеет высокую проникающую способность в жидкостях и твердых телах, особенно в непрозрачных solids. При столкновении с примесями или границами раздела фаз ультразвук создает значительное эхо, а при взаимодействии с движущимися объектами возникает эффект Доплера. Ультразвуковые датчики широко используются в промышленности, обороне и биомедицине.
4. Принцип работы пьезоэлектрического ультразвукового датчика:
Ультразвук — это тип механических колебаний в упругих средах, имеющий две формы: поперечные колебания (поперечная волна) и продольные колебания (продольная волна). В промышленности в основном используются продольные колебания. Ультразвук может распространяться в газах, жидкостях и твердых телах с разной скоростью. Кроме того, он также подвержен рефракции и отражению и затухает при распространении. При распространении в воздухе ультразвук имеет более низкие частоты, обычно несколько десятков кГц, тогда как в твердых телах и жидкостях частоты могут быть значительно выше. В воздухе ультразвук быстро затухает, но в жидкостях и твердых телах затухание меньше, что позволяет ему распространяться на большие расстояния. Используя характеристики ультразвука, можно разрабатывать различные ультразвуковые датчики, а с помощью различных схем — создавать ультразвуковые измерительные приборы и устройства, широко используемые в связи, медицинской технике и бытовой технике.
Пьезоэлектрические ультразвуковые датчики на основе кристаллов являются обратимыми: они могут преобразовывать электрическую энергию в механические колебания для генерации ультразвука, а также преобразовывать принимаемый ультразвук обратно в электрическую энергию. Поэтому их можно разделить на передатчики и приемники.
5. Применение пьезоэлектрических ультразвуковых датчиков:
Ультразвуковые датчики могут определять состояние емкости. Установив датчик в верхней части бака с расплавом пластика или контейнера для гранул и направив звуковые волны внутрь, можно анализировать состояние емкости: полная, пустая или наполовину заполненная.
Ультразвуковые датчики могут обнаруживать прозрачные объекты, жидкости, материалы с любой шероховатостью и гладкостью поверхности, малой плотностью и неправильной формы. Однако они не подходят для использования на открытом воздухе, в условиях высоких температур, под давлением или для обнаружения пенопластовых объектов.
Ультразвуковые датчики могут использоваться на пищевых производствах для реализации замкнутой системы контроля проверки пластиковой упаковки. В сочетании с новыми технологиями они эффективно работают во влажных условиях, например, в моечных машинах для бутылок, и в шумной среде.
