對(duì)超聲波傳感系統(tǒng)控制技術(shù)與系統(tǒng)的研究

【摘 要】超聲波技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和軍事等方面。例如：遙控、探傷、清洗、加熱、測(cè)距、焊接、打孔等。在控制方面，超聲波相較于常規(guī)的紅外線有更高的性價(jià)比在復(fù)雜的情況下，如汽車的控制、熱水器的控制等方面，用超聲波進(jìn)行檢測(cè)遙控更具有優(yōu)越性。因此，超聲波可以在光線不足或無(wú)法傳遞的場(chǎng)合使用，在自動(dòng)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】超聲波；傳感；控制

一、超聲波的特性

超聲波是一種機(jī)械波，是機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播過(guò)程。超聲波的頻率是20KHZ至50KHZ，而應(yīng)用于材料檢測(cè)的超聲波頻率在0.5MHZ至25MHZ之間，應(yīng)用于金屬材料檢測(cè)的超聲波頻率為1MHZ至5MHZ。超聲波因?yàn)轭l率高，波長(zhǎng)短，指向性強(qiáng)，因此在傳播過(guò)程中有一些應(yīng)用性較高的特性。指向性：聲源發(fā)出的超聲波在一定區(qū)域定向輻射，超聲波在傳播時(shí)具有束射性，這種特性就是指向性。（1）直線性：超聲波的波長(zhǎng)在毫米數(shù)量級(jí)，波長(zhǎng)較短，所以在介質(zhì)中能沿直線傳播，而且對(duì)固定介質(zhì)來(lái)說(shuō)傳播速度為常數(shù)。（2）反射、折射與波形轉(zhuǎn)換：超聲波在傳播時(shí)，如果遇到不同的介質(zhì)界面，因?yàn)榻橘|(zhì)彈性差異大，在界面上會(huì)產(chǎn)生反射。如果超聲波傾斜入射到不同介質(zhì)的界面，進(jìn)入介質(zhì)的聲波將發(fā)生折射，且在一定條件下會(huì)產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換。穿透能力強(qiáng)：在多數(shù)介質(zhì)尤其是金屬介質(zhì)中，超聲波的傳輸損失少，傳播的距離遠(yuǎn)，穿透能力很強(qiáng)。

二、超聲波產(chǎn)生的原理

聲波是物體機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)或能量的傳播形式。所謂振動(dòng)是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動(dòng)形式。超聲波是指振動(dòng)頻率大于20000HZ以上的，其每秒的振動(dòng)次數(shù)甚高，超出人耳聽(tīng)覺(jué)上限的聲波。如圖1。

三、超聲波的產(chǎn)生方法

聲波的主要產(chǎn)生方法有熱學(xué)方法、電動(dòng)方法、磁致伸縮法（用于焊接、檢測(cè)）、機(jī)械法（高壓氣流經(jīng)過(guò)小孔）、壓電法（用于測(cè)控）。其中壓電法最常用。

四、超聲波傳感器

超聲波傳感器是由壓電陶瓷晶片、錐形輻射喇叭、引線、金屬外殼、金屬網(wǎng)以及底座構(gòu)成。超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)工作的，振子用壓電陶瓷制成，共振錐形輻射喇叭可以提高靈敏度，當(dāng)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，外加共振頻率的激勵(lì)電壓能產(chǎn)生產(chǎn)生超聲波；當(dāng)處于接受狀態(tài)時(shí)，能很靈敏的探測(cè)到共振的超聲波。

五、超聲波控制技術(shù)

超聲波遙感 超聲波遙控系統(tǒng)由超聲波發(fā)射電路和超聲波接受電路組成。發(fā)射電路又分為由555時(shí)基電路構(gòu)成的發(fā)射電路和由專用電路NYRKD40T構(gòu)成的發(fā)射電路；超聲波接受電路由分立元件構(gòu)成的超聲波接收電路和有專用的集成電路構(gòu)成的超聲波接收電路構(gòu)成。超聲波遙控開(kāi)關(guān) 超聲波控制電路時(shí)不受電場(chǎng)的干擾，也不會(huì)干擾其他的無(wú)線電設(shè)備。簡(jiǎn)單的單通道超生遙控開(kāi)關(guān)由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分組成。發(fā)射機(jī)發(fā)出超聲波被接收機(jī)接收后，進(jìn)行放大，然后推動(dòng)繼電器工作，達(dá)到遙控目的。超聲波數(shù)字測(cè)距儀 超聲波數(shù)字測(cè)距儀由時(shí)鐘電路、微分整形電路、超聲波發(fā)射電路、接收放大電路、RS觸發(fā)器以及計(jì)數(shù)與顯示電路組成。時(shí)鐘電路向整個(gè)測(cè)距儀提供基準(zhǔn)始終，調(diào)節(jié)各部分工作。超聲波發(fā)射電路發(fā)射超聲波頻率為40KHZ，每次發(fā)射包含10個(gè)脈沖。超聲波數(shù)字測(cè)距儀的工作原理：當(dāng)發(fā)出第一個(gè)超聲波脈沖時(shí)，RS觸發(fā)器置位，RS觸發(fā)器使計(jì)數(shù)顯示電路開(kāi)始計(jì)數(shù)，在檢測(cè)到第一個(gè)返回脈沖時(shí)，RS觸發(fā)器復(fù)位，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)器記錄的脈沖換算成長(zhǎng)度顯示出來(lái)。一般的超聲波數(shù)字測(cè)距儀能測(cè)量的距離為0～5米。精確度約為2%。

六、總結(jié)

近年來(lái)，超聲波技術(shù)的發(fā)展迅速， 超聲波技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，超聲波傳感控制技術(shù)的應(yīng)用不僅解決了很多技術(shù)上的難題，而且緩解了原來(lái)生產(chǎn)技術(shù)帶來(lái)的環(huán)境壓力。超聲波超聲波傳感技術(shù)有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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