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超聲波傳感器的常見(jiàn)檢測(cè)方式及原理解析

2020-1-22  閱讀(1609)

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在工業(yè)方面,超聲波的典型應(yīng)用是對(duì)金屬的無(wú)損探傷和超聲波測(cè)厚兩種。過(guò)去,許多技術(shù)因?yàn)闊o(wú)法探測(cè)到物體組織內(nèi)部而受到阻礙,超聲波傳感技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種狀況。當(dāng)然更多的超聲波傳感器是固定地安裝在不同的裝置上,“悄無(wú)聲息”地探測(cè)人們所需要的信號(hào)。在未來(lái)的超聲波傳感器應(yīng)用中,超聲波將與信息技術(shù)、新材料技術(shù)結(jié)合起來(lái),將出現(xiàn)更多的智能化、高靈敏度的超聲波傳感器。

 

超聲波傳感器的常見(jiàn)檢測(cè)方式及原理解析

一、根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的體積、材質(zhì)、以及是否可移動(dòng)等特征

 

超聲波傳感器采用的檢測(cè)方式有所不同,常見(jiàn)的檢測(cè)方式有如下四種:

 

1、穿透式:發(fā)送器和接收器分別位于兩側(cè),當(dāng)被檢測(cè)對(duì)象從它們之間通過(guò)時(shí),根據(jù)超聲波的衰減(或遮擋)情況進(jìn)行檢測(cè)。

 

2、限定距離式:發(fā)送器和接收器位于同一側(cè),當(dāng)限定距離內(nèi)有被檢測(cè)對(duì)象通過(guò)時(shí),根據(jù)反射的超聲波進(jìn)行檢測(cè)。

 

3、限定范圍式:發(fā)送器和接收器位于限定范圍的中心,反射板位于限定范圍的邊緣,并以無(wú)被檢測(cè)對(duì)象遮擋時(shí)的反射波衰減值作為基準(zhǔn)值。當(dāng)限定范圍內(nèi)有被檢測(cè)對(duì)象通過(guò)時(shí),根據(jù)反射波的衰減情況(將衰減值與基準(zhǔn)值比較)進(jìn)行檢測(cè)。

 

4、回歸反射式:發(fā)送器和接收器位于同一側(cè),以檢測(cè)對(duì)象(平面物體)作為反射面,根據(jù)反射波的衰減情況進(jìn)行檢測(cè)。

 

二、檢測(cè)好壞

 

超聲波傳感器用萬(wàn)用表直接測(cè)試是沒(méi)有什么反映的。要想測(cè)試超聲波傳感器的好壞可以搭一個(gè)音頻振蕩電路,當(dāng)C1為390OμF時(shí),在反相器⑧腳與⑩腳間可產(chǎn)生一個(gè)1.9kHz左右的音頻信號(hào)。把要檢測(cè)的超聲波傳感器(發(fā)射和接收)接在⑧腳與⑩腳之間;如果傳感器能發(fā)出音頻聲音,基本就可以確定比超聲波傳感器是好的。

 

注:C1=3900μF時(shí),為1.9kHZ左右;C1=0.O1μF時(shí),約0.76kHZ。

 

三、液位測(cè)試

 

超聲波測(cè)量液位的基本原理是:由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號(hào),在氣體中傳播,遇到空氣與液體的界面后被反射,接收到回波信號(hào)后計(jì)算其超聲波往返的傳播時(shí)間,即可換算出距離或液位高度。超聲波測(cè)量方法有很多其它方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn):

 

(1)無(wú)任何機(jī)械傳動(dòng)部件,也不接觸被測(cè)液體,屬于非接觸式測(cè)量,不怕電磁干擾,不怕酸堿等強(qiáng)腐蝕性液體等,因此性能穩(wěn)定、可靠性高、壽命長(zhǎng);

 

(2)其響應(yīng)時(shí)間短可以方便的實(shí)現(xiàn)無(wú)滯后的實(shí)時(shí)測(cè)量。

 

系統(tǒng)采用的超聲波傳感器的工作頻率為40kHz左右。由發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波脈沖,傳到液面經(jīng)反射后返回接收傳感器,測(cè)出超聲波脈沖從發(fā)射到接收到所需的時(shí)間,根據(jù)媒質(zhì)中的聲速,就能得到從傳感器到液面之間的距離,從而確定液面。考慮到環(huán)境溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響,通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)傳播速度予以校正,以提高測(cè)量精度。計(jì)算公式為:

 

V=331.5+0.607T (1)

 

式中:V為超聲波在空氣中傳播速度;T為環(huán)境溫度。

 

S=V ×t/2=V×(t1-t0)/2 (2)

 

式中:S為被測(cè)距離;t為發(fā)射超聲脈沖與接收其回波的時(shí)間差;t1為超聲回波接收時(shí)刻;t0為超聲脈沖發(fā)射時(shí)刻。利用MCU的捕獲功能可以很方便地測(cè)量t0時(shí)刻和t1時(shí)刻,根據(jù)以上公式,用軟件編程即可得到被測(cè)距離S。由于本系統(tǒng)的MCU選用了具有SOC特點(diǎn)的混合信號(hào)處理器,其內(nèi)部集成了溫度傳感器,因此可利用軟件很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的溫度補(bǔ)償。

 

 

 

 

 

 

 

 

(來(lái)源:網(wǎng)絡(luò),版權(quán)歸原作者)

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