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超声波是物体机械振动状态的传播形式。超声波是指振动频率大于20000Hz以上的声波,其每秒的振动次数很高,超出了人耳听觉的上限,人们将这种听不见的声波叫做超声波。它有许多不同的结构,可分直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头(表面波)、兰姆波探头(兰姆波)、双探头(一个探头反射、一个探头接收)等。超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。超声波在媒质中的反射、折射、衍射、散射等传播规律,与可听声波的规律并没有本质上的区别。
超声波传感器在测量液位的应用 超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号,在气体中传播,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间,即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法的优点:(1)无任何机械传动部件,也不接触被测液体,属于非接触式测量,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性液体等,因此性能稳定、可靠性高、寿命长;(2)其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接shou器。
我们都知道超声波传感器分为发射、接收、收发一体3种,但发射和接收的原理分别是怎样的呢?当从超声波发射传感器输入频率为40KHz的脉冲电信号时,压电晶体会因变形而产生振动,振动频率在20KHz以上,由此形成了超声波。那么该超声波经锥形共振盘共振放大后定向发射出去;现在工业用的输出的都是一束束的脉冲信号,其中信息内容包括调制信号、载聘,裁聘除了具有裁波的作用外还具有加密或同别的信号隔离或抗干扰之用,调制信号包含数据位等工作信息。接收传感器接收到发射的超声波信号后,促使压电晶片变形而产生电信号,通过放大器放大电信号。
发射头是利用压电效应来实现产生超声波的,就是在发射头不断给出一定频率的如40KHz的电压信号,就可以产生超声波。可以考虑利用单片机来实现,当然功率不大的可以用单片机来实现。
超声波传感器的频率主要有2种,分别是25KHz和40KHz;超声波是一种频率大于20KHz的音波。发射式的传感器本身发射超声波,再接受反馈的超声波;接收式的传感器本身不发射超声波,是通过传感器接收超声波,将其转换成电信号,进行测量。
纵观当前国内发展,我国传感器根据应用领域可分为工业、汽车电子、通信电子、消费电子四大类。其中,工业和汽车电子产品用传感器占比约42%,而发展快的是汽车电子和通信电子应用市场。对于不同粒径的颗粒物(如PM10和PM2.5),其能够输出多个不同的信号加以区分。根据用途则可分为力敏传感器、热敏传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、加速度传感器、生物传感器等。
从传感器相关企业发展情况来看,小而散是当前传感器产业的显著特征。统计,截至2015年底,我国从事传感器生产和研发的企、事业单位共1700余家,从事MEMS研制、生产的企业有170余家,其中中小型企业占比约94%。
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