超聲波傳感器ppt課件(編輯修改稿)
2025-02-11 13:17 本頁面
【文章內容簡介】 圖 910 壓電材料的結晶形態(tài) 壓電式振動因子 ◆表 94所示為各結晶體的切削角度及其它電氣特性。 材料 CUT 振動樣式 電介質常數 ε (e?s?u) 密度 ρ (g/cm3) 周波長常數 N (KHz?cm) 壓電伸縮常數 (mks) 電氣機械結合系數(%) 水晶 Rochelle鹽 ADP 45176。 45176。 厚度 縱 縱 300 285 160 160 65 28 表 94 壓電材料常數 電伸縮式振動因子 圖 911 電伸縮振動子的振動形態(tài) ◆電伸縮材料不同于水晶類壓電材料，可燒結任意形狀、尺寸的振動因子，圖 911所示為 6種電伸縮式材料常用燒結的形狀。 電伸縮式振動因子 ◆在電伸縮材料的兩電極間加入直流高電壓并使得正負變化，此時材料尺寸會有伸縮現象，因此會壓縮空氣，形成振蕩，傳送出振動信號。電伸縮式超聲波信號送出的形式和材料的形狀有關，如圖 911 所示，其形狀不同，所產生的信號振動方式也不同。 ◆經常使用的電伸縮形式的材料有鈦酸鋇及鋯酸鈦酸鉛兩種。書中表 95為材料特性及一般用途。 磁伸縮式振動因子 ◆因子將鎳等強磁性體做成棒狀，臵于磁場中磁化，其長度會沿磁化方向發(fā)生變化，此即磁伸縮現象。磁伸縮現象依金屬材質的不同，較常用的材質有鎳、 alufer合金（ AF 合金、 AL12％、 Fe88％）、 ferrite燒結金屬，其磁伸縮率各不相同，圖 912所示為各種形狀的磁伸縮式振動因子，表 96為其材料特性。 磁伸縮式振動因子 圖 912 各種形態(tài)的磁伸縮 磁伸縮式振動因子 名稱 純鎳 Alufer Ferrite 成分 Ni 98%以上 Fe 87%， Al 13%合金 Ni— Cu系 Ferrite 導磁系數 40 190 20 固有電阻（ Ω?cm） 7 106 91 106 4 102以上 電氣機械結合系數（ %） 20— 30 20 22 密謀（ g/cm3） 波速（ m/sec） 4800 4700 5700 靜磁伸縮飽和應變 40 106 35 106 30 106 最適偏移磁場（ Oer） 10— 15 6— 10 10— 15 耐蝕性（海水中） 良 稍好 極佳 機械強度（ kg/cm3） * 2 106 * 106 (1) 103 (2)4 102 (3) 102 表 96 磁伸縮材料的特性比較 磁伸縮式振動因子 ◆綜上所述，我們可將壓電、電伸縮、磁伸縮各振動因子的特性做比較，如表 97所示，供讀者參考。 振動原理 壓電 電伸縮 磁伸縮 振動子材質 水晶 鈦酸鋇 鋯酸鈦酸鉛 Ni and Alufer Ferrite 最適使用周波數 1MHz以上 200KHz— 2MHz 50KHz以下 100KHz以下 電氣特性變化效率 80%以上 80%以上 2025% 80%以下 最大電氣輸入（水中） — 6W/cm?cm 610 W/cm?cm 6 W/cm?cm 連續(xù)電氣輸入（水中） — 36 W/cm?cm 610 W/cm?cm 36 W/cm?cm 表 97 壓電、電伸縮、磁伸縮各振動因子的特性比較 超聲波傳感器 利用超聲波在超聲場中的物理特性和各種效應而研制的裝臵可稱為超聲波換能器、探測器或傳感器。 ◆超聲波探頭按其工作原理可分為壓電式、磁致伸縮式、電磁式等，而以壓電式最為常用。 ◆壓電式超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種傳感器統(tǒng)稱為壓電式超聲波探頭。它是利用壓電材料的壓電效應來工作的：逆壓電效應將高頻電振動轉換成高頻機械振動，從而產生超聲波，可作為發(fā)射探頭；而利用正壓電效應，將超聲振動波轉換成電信號，可用為接收探頭。 超聲波傳感器 ◆超聲波探頭結構如圖 913所示，主要由壓電晶片、吸收塊（阻尼塊）、保護膜組成。 圖 913 壓電式超聲波傳感器結構 超聲波傳感器的基本電路 超聲波傳感器的驅動電路 ◆發(fā)射用的超聲波傳感器的驅動方式有自激型與他激型之分。 1. 自激型驅動電路 ◆自激型振蕩電路就像石英振子那樣，利用超聲波傳感器自身的諧振特性使其在諧振頻率附近產生振蕩。 超聲波傳感器的基本電路 ◆圖 914是自激型晶體管振蕩電路，其中 MA40A3S是振蕩頻率為 40kHz的超聲波傳感器。 H：振蕩 L：停振 （ a）基本型 （ b）振蕩可控型 圖 914 自激型晶體管振蕩電路 超聲波傳感器的基本電路 ◆圖 914(a)是科耳皮茲振蕩電路。超聲波傳感器在電感性的頻率下產生振蕩。該振蕩頻率與串聯諧振頻率不一致，造成這種現象的原因是由于反諧振頻率對它的影響，具體地講就是 C C2的調整會影響 fr。 ◆圖 914(b)是一個具有振蕩控制端的自激型晶體管振蕩電路。由于它將圖 (a)的地接到了晶體管 VT2的集電極上，因此當 VT2截止時振蕩就會停止。 超聲波傳感器的基本電路 圖 915 使用運算放大器的自激放大電路 表 95 元件清單 名稱 圖中代號 型號 備注 運算放大器 U1A MC34082 FET輸入，兩只裝 電阻器 R R2 5%， 1/4W 碳膜電阻器 電容 C1 5%， 50V 聚酯薄膜電容 超聲波傳感器 MA40A3S 諧振頻率 40kHz ◆圖 915是自激型運算放大器振蕩放大電路，元件清單如表 95所示。 超聲波傳感器的基本電路 ◆該電路的振蕩頻率接近串聯諧振頻率，因此效率會比自激型晶體管振蕩電路高出許多。 ◆該電路中使用的運算放大器是兩只封裝在一起的摩托羅拉公司的 MC34082型集成電路。事實上轉換速度只要是在 10uV/us以上的運算放大器，都可以使用。 超聲波
教學課件相關推薦
鄂ICP備17016276號-1