對超聲波傳感系統控制技術與系統的研究

【摘 要】超聲波技術主要應用于工業生產和軍事等方面。例如：遙控、探傷、清洗、加熱、測距、焊接、打孔等。在控制方面，超聲波相較于常規的紅外線有更高的性價比在復雜的情況下，如汽車的控制、熱水器的控制等方面，用超聲波進行檢測遙控更具有優越性。因此，超聲波可以在光線不足或無法傳遞的場合使用，在自動控制領域具有廣泛的應用價值。

【關鍵詞】超聲波；傳感；控制

一、超聲波的特性

超聲波是一種機械波，是機械振動在介質中的傳播過程。超聲波的頻率是20KHZ至50KHZ，而應用于材料檢測的超聲波頻率在0.5MHZ至25MHZ之間，應用于金屬材料檢測的超聲波頻率為1MHZ至5MHZ。超聲波因為頻率高，波長短，指向性強，因此在傳播過程中有一些應用性較高的特性。指向性：聲源發出的超聲波在一定區域定向輻射，超聲波在傳播時具有束射性，這種特性就是指向性。（1）直線性：超聲波的波長在毫米數量級，波長較短，所以在介質中能沿直線傳播，而且對固定介質來說傳播速度為常數。（2）反射、折射與波形轉換：超聲波在傳播時，如果遇到不同的介質界面，因為介質彈性差異大，在界面上會產生反射。如果超聲波傾斜入射到不同介質的界面，進入介質的聲波將發生折射，且在一定條件下會產生波形轉換。穿透能力強：在多數介質尤其是金屬介質中，超聲波的傳輸損失少，傳播的距離遠，穿透能力很強。

二、超聲波產生的原理

聲波是物體機械振動狀態或能量的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動形式。超聲波是指振動頻率大于20000HZ以上的，其每秒的振動次數甚高，超出人耳聽覺上限的聲波。如圖1。

三、超聲波的產生方法

聲波的主要產生方法有熱學方法、電動方法、磁致伸縮法（用于焊接、檢測）、機械法（高壓氣流經過小孔）、壓電法（用于測控）。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、金屬網以及底座構成。超聲波傳感器是利用壓電效應工作的，振子用壓電陶瓷制成，共振錐形輻射喇叭可以提高靈敏度，當處于發射狀態時，外加共振頻率的激勵電壓能產生產生超聲波；當處于接受狀態時，能很靈敏的探測到共振的超聲波。

五、超聲波控制技術

超聲波遙感 超聲波遙控系統由超聲波發射電路和超聲波接受電路組成。發射電路又分為由555時基電路構成的發射電路和由專用電路NYRKD40T構成的發射電路；超聲波接受電路由分立元件構成的超聲波接收電路和有專用的集成電路構成的超聲波接收電路構成。超聲波遙控開關 超聲波控制電路時不受電場的干擾，也不會干擾其他的無線電設備。簡單的單通道超生遙控開關由發射機和接收機兩部分組成。發射機發出超聲波被接收機接收后，進行放大，然后推動繼電器工作，達到遙控目的。超聲波數字測距儀 超聲波數字測距儀由時鐘電路、微分整形電路、超聲波發射電路、接收放大電路、RS觸發器以及計數與顯示電路組成。時鐘電路向整個測距儀提供基準始終，調節各部分工作。超聲波發射電路發射超聲波頻率為40KHZ，每次發射包含10個脈沖。超聲波數字測距儀的工作原理：當發出第一個超聲波脈沖時，RS觸發器置位，RS觸發器使計數顯示電路開始計數，在檢測到第一個返回脈沖時，RS觸發器復位，計數器停止計數，并將計數器記錄的脈沖換算成長度顯示出來。一般的超聲波數字測距儀能測量的距離為0～5米。精確度約為2%。

六、總結

近年來，超聲波技術的發展迅速， 超聲波技術的應用領域越來越廣泛，超聲波傳感控制技術的應用不僅解決了很多技術上的難題，而且緩解了原來生產技術帶來的環境壓力。超聲波超聲波傳感技術有很好的發展前景。

參考文獻

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