詳解超聲波生成器的原理
發(fā)布時間:2020-07-09 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】頻率在 2000 赫茲以上,不觸及人類聽覺的機械振動波。超聲波作為一種非接觸式檢測方法,與其他技術(shù)方法相比,在惡劣環(huán)境中具有較強的適應(yīng)力,不受光和顏色的影響,相比其他技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單,成本低的優(yōu)點,更適合近距離測距。
頻率在 2000 赫茲以上,不觸及人類聽覺的機械振動波。超聲波作為一種非接觸式檢測方法,與其他技術(shù)方法相比,在惡劣環(huán)境中具有較強的適應(yīng)力,不受光和顏色的影響,相比其他技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單,成本低的優(yōu)點,更適合近距離測距。
人們已經(jīng)制造了許多超聲波生成器。一般來說,超聲波生成器分為兩種:一種是電氣手段產(chǎn)生超聲波,另一種是機械方式生成超聲波。包括壓電式、磁致伸縮式等電氣手段; Garton 笛、液體哨和空氣哨等機械方式。它們產(chǎn)生的超聲波特性都不相同,因此以不同的方式使用。
通過壓電晶體的諧振來實現(xiàn)壓電超聲波生成器的工作。它由一片共振板和兩片晶片組成。對雙極施加脈沖信號,頻率等于晶片的振蕩頻率時,驅(qū)動共振板振動,發(fā)射出超聲波。
如果在兩個電極之間沒有施加電壓,當(dāng)共振板接收到超聲波時,晶片將被迫振動,機械能被轉(zhuǎn)換為電信號。此時,就作為超聲波接收器使用。壓電超聲波生成器的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。
圖 1 超聲波簡易結(jié)構(gòu)圖
超聲波距離測量原理非常簡單,一般采用回波時間法,即檢測超聲波往返所測距離的時間,當(dāng)發(fā)射器發(fā)出一個短脈沖時,定時器啟動;當(dāng)接收器接收到返回脈沖時,定時器立即停止。
此時記錄的時間值為 D = CT / 2,其中 D 為超聲波傳感器與測量對象之間的距離,C 為介質(zhì)中聲波的傳播速度(C = 331.4+t273 / 1m / s,t 是攝氏溫度),T 是超聲波發(fā)射回波的時間間隔。
理論上,超聲波在正??諝庵袀鞑ニ俣入S著介質(zhì)溫度的升高而有所加快,溫度提高了一度,速度提高 0.6 m/s 左右。原理結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。
圖 2 超聲波傳感器工作原理圖
超聲波傳感器主要由三部分組成:控制部分,總線部分,超聲波發(fā)射接收部分。
主控芯片通過 I/O 口發(fā)送信號,通過總線發(fā)送到兩個發(fā)生電路中,控制著兩個超聲波的發(fā)射,然后再由兩個信號接收電路對接收超聲波信號進行放大,最后通過總線傳送到主控芯片的輸入端口,然后根據(jù)發(fā)射接收時間差 T,計算出傳感器與障礙物之間的距離,最后根據(jù)距離對輪椅的行駛安全性進行判斷,并做出相應(yīng)動作。原理如圖 3 所示。
圖 3 超聲波發(fā)射原理圖
通過分析超聲波的衰減特性和空氣阻尼(超聲波傳感器靈敏度曲線如圖 4 所示),同時考慮到敏感度的影響,超聲波頻率約為 40 kHz 時的空氣傳輸效率最好。
為便于處理,發(fā)射部分被調(diào)制為大約 40k 赫茲的調(diào)制脈波信號。發(fā)射部分主要由超聲波發(fā)射器和多諧波振蕩電路和六路非門驅(qū)動放大器芯片組成。
多諧波振蕩電路由兩個 NAND 門 IC1A,IC1B 和 R1,R2 和一個可調(diào)電阻組成。振蕩頻率通過對可調(diào)電阻的調(diào)整來控制,由下式確定:
圖 4 超聲波靈敏度曲線圖
接收部分主要由接收電路和放大電路和比較器組成。當(dāng)距離過遠的情況下,回聲是非常弱的,因此轉(zhuǎn)換電信號幅度也是較小的,這就要求要對信號進行放大 60 萬倍,因此超聲波模塊采用了三級放大電路。
由三個運算放大器 IC3A、IC3B 及 IC3C 組成了三級放大電路,前兩級可以各放大一百次,第三級可以放大約六十次。接收信號整流濾波電路,可把接收的 40k 赫茲反射波交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號。而第四個運算放大器 IC3D 用作電壓比較器,把接收的直流電壓信號和設(shè)置電壓進行比較。
當(dāng)接收信號的電壓大于設(shè)置電壓時,比較器就會輸出高電平,Q1 導(dǎo)通,使比較器的相應(yīng)輸出端電平置低,然后傳輸給主控芯片,主控芯片檢測到高電平就開始中斷,根據(jù)超聲波從發(fā)送到接收所經(jīng)歷的時間就可計算出距離。超聲波接收電路原理如圖 5 所示。
圖 5 超聲波接收原理圖
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進行處理。
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識別和認證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負載電壓達100 V的業(yè)內(nèi)先進的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- “扒開”超級電容的“外衣”,看看超級電容“超級”在哪兒
- DigiKey 誠邀各位參會者蒞臨SPS 2024?展會參觀交流,體驗最新自動化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個新物料
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
音頻IC
音頻SoC
音頻變壓器
引線電感
語音控制
元件符號
元器件選型
云電視
云計算
云母電容
真空三極管
振蕩器
振蕩線圈
振動器
振動設(shè)備
震動馬達
整流變壓器
整流二極管
整流濾波
直流電機
智能抄表
智能電表
智能電網(wǎng)
智能家居
智能交通
智能手機
中電華星
中電器材
中功率管
中間繼電器