BALLUFF超聲波傳感器BUS0001原理應(yīng)用

BALLUFF超聲波傳感器可以廣泛應(yīng)用在物位（液位）監(jiān)測(cè),，機(jī)器人防撞,，各種超聲波接近開關(guān),，以及防盜報(bào)警等相關(guān)領(lǐng)域，工作可靠,，安裝方便,， 防水型，發(fā)射夾角較小,，靈敏度高,，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭,。

超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波,，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。BALLUFF超聲波傳感器廣泛應(yīng)用在工業(yè),、國(guó)防,、生物醫(yī)學(xué)等方面。

BALLUFF超聲波傳感器BUS0001原理應(yīng)用

人們能聽到聲音是由于物體振動(dòng)產(chǎn)生的,，它的頻率在20HZ-20KHZ范圍內(nèi)，超過20KHZ稱為超聲波,，低于20HZ的稱為次聲波,。常用的超聲波頻率為幾十KHZ-幾十MHZ。
超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩,，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波）,。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體,、液體及固體中傳播,，其傳播速度不同,。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象,，并且在傳播過程中有衰減,。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低,，一般為幾十KHZ,，而在固體、液體中則頻率可用得較高,。在空氣中衰減較快,，而在液體及固體中傳播，衰減較小,，傳播較遠(yuǎn),。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器,，配上不同的電路,，制成各種超聲測(cè)量?jī)x器及裝置，并在通迅,，醫(yī)療家電等各方面得到廣泛應(yīng)用,。
BALLUFF超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等,。壓電晶體組成的BALLUFF超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，它可以將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí),，也能轉(zhuǎn)變成電能,，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送,，也能作接收,。這里僅介紹小型BALLUFF超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別,，它適用于在空氣中傳播,，工作頻率一般為23-25KHZ及40-45KHZ。這類傳感器適用于測(cè)距,、遙控,、防盜等用途。該種有T/R-40-60,，T/R-40-12等（其中T表示發(fā)送,，R表示接收，40表示頻率為40KHZ,，16及12表示其外徑尺寸,，以毫米計(jì)）,。另有一種密封式超聲波傳感器（MA40EI型）。它的特點(diǎn)是具有防水作用（但不能放入水中）,，可以作料位及接近開關(guān)用,，它的性能較好。超聲波應(yīng)用有三種基本類型,，透射型用于遙控器,，防盜報(bào)警器、自動(dòng)門,、接近開關(guān)等,；分離式反射型用于測(cè)距、液位或料位,；反射型用于材料探傷,、測(cè)厚等。
由發(fā)送傳感器(或稱波發(fā)送器),、接收傳感器(或稱波接收器),、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成,，換能器作用是將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射,；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),，將其變換成電能量,，作為傳感器接收器的輸出，從而對(duì)發(fā)送的超進(jìn)行檢測(cè).而實(shí)際使用中,，用作發(fā)送傳感器的陶瓷振子也可以用作接收器傳感器社的陶瓷振子,。控制部分主要對(duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率,、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測(cè)距離等進(jìn)行控制,。
工作程式
若對(duì)發(fā)送傳感器內(nèi)諧振頻率為40KHz的壓電陶瓷片(雙晶振子)施加40KHz高頻電壓，則壓電陶瓷片就根據(jù)所加高頻電壓極性伸長(zhǎng)與縮短,，于是發(fā)送40KHz頻率的超聲波,，其超聲波以疏密形式傳播(疏密程度可由控制電路調(diào)制)，并傳給波接收器,。接收器是利用壓力傳感器所采用的壓電效應(yīng)的原理,，即在壓電元件上施加壓力，使壓電元件發(fā)生應(yīng)變,，則產(chǎn)生一面為“+ ”極，另一面為“-”極的40KHz正弦電壓,。因該高頻電壓幅值較小,，故必須進(jìn)行放大,。 超聲波傳感器使得駕駛員可以安全地倒車，其原理是利用探測(cè)倒車路徑上或附近存在的任何障礙物,，并及時(shí)發(fā)出警告,。所設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)可以同時(shí)提供聲光并茂的聽覺和視覺警告，其警告表示是探測(cè)到了在盲區(qū)內(nèi)障礙物的距離和方向,。這樣,，在狹窄的地方不管是泊車還是開車，借助倒車障礙報(bào)警檢測(cè)系統(tǒng),，駕駛員心理壓力就會(huì)減少,，并可以游刃有余地采取必要的動(dòng)作。
工作模式
BALLUFF超聲波傳感器利用聲波介質(zhì)對(duì)被檢測(cè)物進(jìn)行非接觸式無磨損的檢測(cè),。BALLUFF超聲波傳感器對(duì)透明或有色物體,，金屬或非金屬物體，固體,、液體,、粉狀物質(zhì)均能檢測(cè)。其檢測(cè)性能幾乎不受任何環(huán)境條件的影響,，包括煙塵環(huán)境和雨天,。
檢測(cè)模式
BALLUFF超聲波傳感器主要采用直接反射式的檢測(cè)模式。位于傳感器前面的被檢測(cè)物通過將發(fā)射的聲波部分地發(fā)射回傳感器的接收器,，從而使傳感器檢測(cè)到被測(cè)物,。
還有部分超聲波傳感器采用對(duì)射式的檢測(cè)模式。一套對(duì)射式超聲波傳感器包括一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器,，兩者之間持續(xù)保持“收聽”,。位于接收器和發(fā)射器之間的被檢測(cè)物將會(huì)阻斷接收器接收發(fā)射的聲波，從而傳感器將產(chǎn)生開關(guān)信號(hào),。
檢測(cè)范圍
BALLUFF超聲波傳感器的檢測(cè)范圍取決于其使用的波長(zhǎng)和頻率,。波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越小,，檢測(cè)距離越大,，如具有毫米級(jí)波長(zhǎng)的緊湊型傳感器的檢測(cè)范圍為300~500mm波長(zhǎng)大于5mm的傳感器檢測(cè)范圍可達(dá)8m。一些傳感器具有較窄的6º聲波發(fā)射角,，因而更適合檢測(cè)相對(duì)較小的物體,。另一些聲波發(fā)射角在12º至15º的傳感器能夠檢測(cè)具有較大傾角的物體。此外,，我們還有外置探頭型的超聲波傳感器,，相應(yīng)的電子線路位于常規(guī)傳感器外殼內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)更適合檢測(cè)安裝空間有限的場(chǎng)合。
調(diào)節(jié)
幾乎所有的超聲波傳感器都能對(duì)開關(guān)輸出的近點(diǎn)和遠(yuǎn)點(diǎn)或是測(cè)量范圍進(jìn)行調(diào)節(jié),。在設(shè)定范圍外的物體可以被檢測(cè)到,，但是不會(huì)觸發(fā)輸出狀態(tài)的改變。一些傳感器具有不同的調(diào)節(jié)參數(shù),，如傳感器的響應(yīng)時(shí)間,、回波損失性能，以及傳感器與泵設(shè)備連接使用時(shí)對(duì)工作方向的設(shè)定調(diào)節(jié)等,。
重復(fù)精度
波長(zhǎng)等因素會(huì)影響超聲波傳感器的精度,，其中zui主要的影響因素是隨溫度變化的聲波速度，因而許多超聲波傳感器具有溫度補(bǔ)償?shù)奶匦?。該特性能使模擬量輸出型的超聲波傳感器在一個(gè)寬溫度范圍內(nèi)獲得高達(dá)0.6mm的重復(fù)精度,。
輸出功能
所有系列的超聲波傳感器都有開關(guān)量輸出型產(chǎn)品。一些產(chǎn)品還有2路開關(guān)量輸出（如zui小和zui大液位控制）,。大多數(shù)產(chǎn)品系列都能提供具有模擬量電流或是模擬電壓輸出的產(chǎn)品,。
噪聲抑制
金屬敲擊聲、轟鳴聲等噪聲不會(huì)影響超聲波傳感器的參數(shù)賦值,，這主要是由于頻率范圍的優(yōu)選和已獲的噪聲抑制電路,。
同步功能
BALLUFF超聲波傳感器的同步功能可防干擾。他們通過將各自的同步線進(jìn)行簡(jiǎn)單的連接來實(shí)現(xiàn)同步功能,。它們同時(shí)發(fā)射聲波脈沖,，象單個(gè)傳感器一樣工作，同時(shí)具有擴(kuò)展的檢測(cè)角度,。
交替工作
BALLUFF超聲波傳感器 超長(zhǎng)掃描型
以交替方式工作的超聲波傳感器彼此間是相互獨(dú)立的,，不會(huì)相互影響。以交替方式工作的傳感器越多,，響應(yīng)的開關(guān)頻率越低,。
檢測(cè)條件
超聲波傳感器特別適合在“空氣”這種介質(zhì)中工作。這種傳感器也能在其它氣體介質(zhì)中工作,，但需要進(jìn)行靈敏度的調(diào)節(jié),。
盲區(qū)
直接反射式超聲波傳感器不能可靠檢測(cè)位于超聲波換能器前段的部分物體。由此,，超聲波換能器與檢測(cè)范圍起點(diǎn)之間的區(qū)域被稱為盲區(qū),。傳感器在這個(gè)區(qū)域內(nèi)必須保持不被阻擋。
溫濕度
空氣溫度與濕度會(huì)影響聲波的行程時(shí)間,?？諝鉁囟让可仙?0ºC，檢測(cè)距離至多增加3.5%,。在相對(duì)干燥的空氣條件下,，濕度的增加將導(dǎo)致聲速zui多增加2%,。
空氣壓力
常規(guī)情況下大氣變化±5%（選一固定參考點(diǎn)）將導(dǎo)致檢測(cè)范圍變化±0.6%。大多數(shù)情況下,，傳感器在5Bar壓力下使用沒有問題,。
氣流
氣流的變化將會(huì)影響聲速。然而由zui高至10m/s的氣流速度造成的影響是微不足道的,。在產(chǎn)生空氣渦流比較普遍的條件下，例如對(duì)于灼熱的金屬而言,，建議不要采用超聲波傳感器進(jìn)行檢測(cè),，因?yàn)閷?duì)失真變形的聲波的回聲進(jìn)行計(jì)算是非常困難的。