Anturien esittely ja periaate

 

Johdanto ultraäänimuuntimiin:

 

Anturi on elektroninen laite, joka muuntaa energiaa lomakkeesta toiseen. Energian muuntamisprosessia muodosta toiseen kutsutaan transduktioksi.

Ultraäänimuuntimet muuntaavat virtalähteen sähkölähtöä tärinän ulostuloksi. Tämä sähkömekaaninen muuntaminen voidaan saavuttaa pietsosähköisen keramiikan avulla (kuten alla olevassa kuvassa esitetään) tai magnetostriktiiviset materiaalit. Pietsosähköinen keramiikka on muuntimien ydin.

Anturivaatimukset riippuvat sovelluksesta. Monet vaatimukset ovat ristiriidassa keskenään ja heille annetaan erilaisia ​​painopisteitä. Siksi ei ole joukko ohjeita, jotka kattavat kaikki vaatimukset, ja saman tavoitteen saavuttamiseksi on olemassa monia erilaisia ​​menetelmiä.

Analyyttisestä näkökulmasta anturin suorituskyky voidaan ennustaa vain yleisesti. Tämä johtuu siitä, että pietsosähköisen keramiikan ominaisuudet ovat usein riippuvaisia ​​työoloista, mukaan lukien lämpötila, sähkökentän lujuus, staattinen puristusjännitys, dynaaminen jännitys, kuormitussyklien lukumäärä ja aika. Nämä käyttöolosuhteet voivat vaikuttaa toisiinsa, ja näiden olosuhteiden vaikutus on yleensä epälineaarinen. Lisäksi monet pietsosähköisten keramiikan ominaisuudet ovat ortotrooppisia ja voivat vaihdella yksittäisten pietsosähköisten keramiikan välillä ja pietsosähköisten keraamisten erien välillä. Lisäksi vuorovaikutuksia eri komponenttirajapinnoissa (kuten kierteissä) voivat olla vaikea karakterisoida ja ilmajäähdytykseen käytetty konvektiivinen lämmönsiirtokerroin voidaan arvioida vain suunnilleen. Siksi useimmat suunnitteluprosessit sisältävät kokeellista testausta.

 

 

Ultraäänimuuntimen työperiaate:

 

Ultraäänimuuntimet voidaan jakaa lähettimiin, vastaanottimiin ja lähetinvastaanottimiin niiden toimintojen mukaisesti, kuten kuvassa 1 esitetään. Esimerkiksi anturin toiminnan ollessa 40 kHz: ssä, lähettimen resonanssitaajuus (FR) on suunniteltu sovellettavaksi Sähkösignaaleihin taajuuksilla lähellä toimintataajuutta, kuten kuvassa 2 esitetään, siirtotehokkuuden optimoimiseksi. Päinvastoin, vastaanottimen vastainen resonanssitaajuus (FA) on suunniteltu lähellä vastaanotettua ultraäänitaajuutta, kuten kuviossa 3 esitetään, vastaanottavan tehokkuuden optimoimiseksi. Lähetin -vastaanottimen toimintataajuus on suunniteltu resonanssitaajuuden (FR) ja lähetinvastaanottimen vastaisen resonanssitaajuuden (FA) välillä, kuten kuviossa 4 esitetään. Mitä suurempi muuntuimen toimintataajuus on, sitä parempi resoluutio, mutta sitä lyhyempi havaitsemisalue.

 

 

Jotta syntyneet ultraääniaallot siirretään tehokkaasti pietsosähköisistä keramiikoista esineisiin tai nesteisiin (kuten ilmassa tai vedessä), akustinen impedanssi pietsosähköisen keramiikan ja esineiden tai nesteiden välillä on sovittava akustisen vastaavan kerroksen läpi. Yleisten aineiden äänenopeus- ja akustiset impedanssiominaisuudet ovat seuraavat:

 

Esimerkiksi ultraääni -ilma -muuntimien ottaminen pietsosähköisen keramiikan akustinen impedanssi on noin 35 Mraylia (106 kg/m2 ∙), kun taas ilman akustinen impedanssi on niin alhainen kuin noin 414 Rayliä (kg/m2 ∙ S). Siksi akustisesta sovituskerroksesta tulee olennainen osa ultraäänimuuntimia, jotka on sijoitettu pietsosähköisen keramiikan ja ilman väliin vastaamaan niiden akustista impedanssia ja välittävät tehokkaasti ultraäänienergiaa ilmaan.

Ihanteellinen akustinen impedanssiarvo ultraääni -ilma -muuntimen vastaavalle kerrokselle on Rayl, suunnilleen 0. 122 Mrayl, mutta on vaikea löytää materiaaleja, joiden akustinen impedanssi on alle 1 mrayl ja kestävyys. Tällä hetkellä yleisesti käytetty akustinen sovituskerrosmateriaali on komposiittimateriaali, joka on valmistettu polymeerimatriisista ja ontosta jauheesta alhaisemman akustisen impedanssin ja kohtuullisen luotettavuuden saavuttamiseksi. Sovelluksen mukaan ultraäänimuuntimia voidaan käyttää joko lähetys vastaanottotilassa tai lähetys vastaanottotilassa. On huomattava, että ultraäänimuuntimilla on luontaisesti soittoominaisuudet. Suunnitellessasi ultraäänimuuntimia läheisyyden mittausta varten, soitto rajoittaa minimitunnistusetäisyyttä. Yleensä vaimennuskerros käytetään ultraäänimuuntimen palauttamiseen nopeasti staattiseen tilaan ja vähentämään soittoaan.

 

Ultraäänimuuntimien rakenne:

 

Ultrasoninen pietsosähköinen anturi käsittää kotelon: vastaava kerros tai ääni -ikkuna, pietsosähköinen keraaminen, tausta- ja lähtevä kaapeli, mukaan lukien symbaalin taulukon vastaanotin, joka koostuu lähtevistä johdoista, 8-16 symbaalien muuntimista, metallirenkaista ja kumi -halkaissuhteista; Symbalaryhmävastaanotin sijaitsee levypietsosähköisen muuntimen 3 yläpuolella; Käyttämällä pietsosähköisiä keraamisia levy -muuntimia ultraäänipietsosähköisenä muunnin, lähettämällä ja vastaanottamalla ultraäänisignaaleja; Symbal -ryhmävastaanotin sijaitsee levyn pietsosähköisessä muunnossa ja toimii ultraäänivolottajana Doppler Echo -signaalien vastaanottamisesta levy -muuntimen taajuuskaistan ulkopuolella. Sopii ultraäänilaitteisiin.

 

Kuinka valita muuntaja:

 

1. Anturilla tulisi olla korkea syöttöimpedanssi ja alhainen lähtöimpedanssi kuormitusvaikutusten välttämiseksi.

2. Anturin tulisi olla erittäin herkkä halutulle signaalille ja tuntematon ei -toivotuille signaaleille.

3. Anturin tulisi pystyä toimimaan syövyttävissä ympäristöissä.

4. Anturipiirin tulisi olla ylikuormitussuojausta kestämään ylikuormitusta.