超聲波傳感器及應用

人們能聽到聲音是由于物體振動產生的，它的頻率在20HZ-20KHZ范圍內，超過20KHZ稱為超聲波，低于20HZ的稱為次聲波。常用的超聲波頻率為幾十KHZ-幾十MHZ。
   
　　 超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱和振蕩（縱波）。在工業中應用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現象，并且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測量儀器及裝置，并在通迅，醫療家電等各方面得到廣泛應用。
    
　　超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆傳感器，它可以將電能轉變成機械振蕩而產生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉變成電能，所以它可以分成發送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感器，其結構如圖1所示，發送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為23-25KHZ及40-45KHZ。這類傳感器適用于測距、遙控、防盜等用途。該種有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示發送，R表示接收，40表示頻率為40KHZ，16及12表示其外徑尺寸，以毫米計）。另有一種密封式超聲波傳感器（MA40EI型），其外型如圖2。它的特點是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開關用，它的性能較好。T/R40系列及MA40EI的特性如表1及表2所示。超聲波應用有三種基本類型，如圖3所示，透射型用于遙控器，防盜報警器、自動門、接近開關等；分離式反射型用于測距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測厚等。

　　人們能聽到聲音是由于物體振動產生的，它的頻率在20HZ-20KHZ范圍內，超過20KHZ稱為超聲波，低于20HZ的稱為次聲波。常用的超聲波頻率為幾十KHZ-幾十MHZ。 

　　超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱和振蕩（縱波）。在工業中應用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現象，并且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測量儀器及裝置，并在通迅，醫療家電等各方面得到廣泛應用。 

　　超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆傳感器，它可以將電能轉變成機械振蕩而產生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉變成電能，所以它可以分成發送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感器，其結構如圖1所示，發送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為23-25KHZ及40-45KHZ。這類傳感器適用于測距、遙控、防盜等用途。該種有T/R-40-60，T/R-40-12等（其中T表示發送，R表示接收，40表示頻率為40KHZ，16及12表示其外徑尺寸，以毫米計）。另有一種密封式超聲波傳感器（MA40EI型），其外型如圖2。它的特點是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開關用，它的性能較好。T/R40系列及MA40EI的特性如表1及表2所示。超聲波應用有三種基本類型，如圖3所示，透射型用于遙控器，防盜報警器、自動門、接近開關等；分離式反射型用于測距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測厚等。

　　1、遙控開關 超聲波遙控開關可控制家用電器及照明燈。采用小型超聲波傳感器（Φ12-Φ16）,工作頻率在40KHZ,遙控距離約10米.遙控器的發送電路如圖4所示,這是由555時基電路組成的振蕩器,調整10KΩ電位器，使振蕩頻率為40KHZ，傳感器接在③腳，接下按鈕時，發送出超聲波，接收電路如圖5所示。電源由220V經電容降壓、整流、濾波、穩壓后獲得12V工作電壓。由于是非隔離電源，要整個電路用塑料外殼封裝，以防觸電（在調試時也應注意）。信號由超聲波接收器接收，經Q1、Q2放大（L、C諧振槽路調諧在40KHZ）。放大后的信號去觸發由Q3、Q4組成的雙穩態電路，Q5及LED作為觸發隔離，并可發光顯示。由于雙穩態在開機時有隨機性，故加一清零按鈕。Q5輸出的觸發信號使雙向可控硅導通，負載接通。要負載斷路，則要按一次發送鈕。 

　　2、液位指示及控制器 由于超聲波在空氣中有一定的衰減，則發送到液面及從液面反射回來的信號大小與液位有關，液面位置越高，信號越大；液面越低則信號就小。液位發送電路部分與圖4相同，接收部分見圖6所示。接收到的信號經BG1、BG2放大，經D1、D2整流成直流電壓。當4.7KΩ上的電壓超過BG3的導通電壓時，有電流流過BG3，電流表有指示，電流大小與液面有關。圖7為液位控制器電路。A點與上圖A點相連接。當液位低于設置值時，比較器輸出為低電平。BG不導通，若液位升到規定位置，比較器翻轉，輸出高電平。BG導通，J吸合，可通過電磁閥將輸液開關關閉，以達到控制的目的（高位控制）。