超声波距离传感器技术原理
超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小,如直径和厚度也各不相同,因此每个探头的性能是不同的,我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括:
(1)工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时,输出的能量大,灵敏度也高。
(2)工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高,特别时诊断用超声波探头使用功率较小,所以工作温度比较低,可以长时间地工作而不产生失效。超声探头的温度比较高,需要单独的制冷设备。
(3)灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大,灵敏度高;反之,灵敏度低。
超声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,人们将这种听不见的声波叫做超声波。所谓精准就是为系统提供对口、有效的数据,也就是不会误报、漏报等情形。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)及纵向振荡(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。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。
我们都知道超声波传感器分为发射、接收、收发一体3种,但发射和接收的原理分别是怎样的呢?当从超声波发射传感器输入频率为40KHz的脉冲电信号时,压电晶体会因变形而产生振动,振动频率在20KHz以上,由此形成了超声波。业内专家表示,没有传感器,智能工业、物联网将会是无稽之谈,智能制造等实体经济也是泡沫般存在。那么该超声波经锥形共振盘共振放大后定向发射出去;接收传感器接收到发射的超声波信号后,促使压电晶片变形而产生电信号,通过放大器放大电信号。
发射头是利用压电效应来实现产生超声波的,就是在发射头不断给出一定频率的如40KHz的电压信号,就可以产生超声波。可以考虑利用单片机来实现,当然功率不大的可以用单片机来实现。
超声波传感器的频率主要有2种,分别是25KHz和40KHz;超声波是一种频率大于20KHz的音波。发射式的传感器本身发射超声波,再接受反馈的超声波;接收式的传感器本身不发射超声波,是通过传感器接收超声波,将其转换成电信号,进行测量。
金融危机之后,全球汽车产业进入加速拥抱新技术时代。表现为新车型的推出速度越来越快、新技术的采用更加的广泛、汽车领域相关数量不断攀升等。而MEMS 曾被认为只是玩具的新技术开始在汽车领域获得大规模应用,未来空间仍然十分巨大。
汽车领域环境、安全、娱乐三大需求催生了“三驾马车”——新能源汽车、自动驾驶和车联网,带动汽车传感器产业进入新的阶段。统计,截至2015年底,我国从事传感器生产和研发的企、事业单位共1700余家,从事MEMS研制、生产的企业有170余家,其中中小型企业占比约94%。新能源汽车(电动汽车与燃料电池汽车)加大了对温度、气体、压力、电控等传感器的需求;自动驾驶刺激车身感知类传感器(MEMS 压力、陀螺仪、加速度计等)和环境感知类传感器(摄像头、毫米波雷达、激光雷达等)的需求;大势所趋的物联网爆发的子领域将是车联网,而车联网对各类汽车传感器也有着强烈的刚需。