Prinsip, karakteristik, dan penggunaan sensor ultrasonik

Prinsip, karakteristik, dan penggunaan sensor ultrasonik

Sensor Rika

Sensor ultrasonik adalah sensor yang mengubah sinyal ultrasonik menjadi sinyal energi lain (biasanya sinyal listrik). Ultrasonik adalah gelombang mekanik dengan frekuensi getaran lebih tinggi dari 20 kHz. Ia memiliki karakteristik frekuensi tinggi, panjang gelombang pendek, fenomena difraksi kecil, terutama arah pancaran yang baik, yang dapat menjadi sinar dan merambat secara terarah. Ultrasonik memiliki kemampuan yang besar untuk menembus cairan dan padatan, terutama pada padatan yang buram terhadap sinar matahari. Ketika gelombang ultrasonik mengenai pengotor atau antarmuka, ia akan menghasilkan pantulan yang signifikan untuk membentuk gema, dan dapat menghasilkan efek Doppler ketika mengenai objek yang bergerak. Sensor ultrasonik banyak digunakan di industri, pertahanan nasional, biomedis, dll.

Klasifikasi sensor ultrasonik

Sensor: "Dapat merasakan benda yang diukur dan mengubahnya menjadi benda yang dapat digunakan sesuai dengan aturan tertentu

Perangkat sinyal atau alat biasanya terdiri dari elemen sensitif dan elemen konversi. Sensor adalah perangkat deteksi yang dapat merasakan informasi yang diukur, dan dapat mengubah informasi yang dirasakan menjadi sinyal listrik atau informasi lain sesuai dengan aturan tertentu. Keluaran informasi dalam bentuk tertentu diperlukan untuk memenuhi persyaratan transmisi, pengolahan, penyimpanan, tampilan, perekaman, dan pengendalian informasi. Ini adalah mata rantai utama untuk mewujudkan deteksi otomatis dan pengendalian otomatis.

Saat ini, belum ada metode klasifikasi terpadu untuk sensor, tetapi ada tiga metode yang umum digunakan:

1. Berdasarkan besaran fisik yang diukur oleh sensor, dapat dibagi menjadi sensor perpindahan, gaya, kecepatan, suhu, aliran, komposisi gas, dan sensor lainnya.

2. Berdasarkan prinsip kerja sensor, dapat dibagi menjadi sensor resistansi, kapasitansi, induktansi, tegangan, Hall, fotolistrik, kisi, termokopel, dan lain-lain.

3. Berdasarkan sifat sinyal keluaran sensor, dapat dibagi menjadi: sensor tipe sakelar yang keluarannya berupa nilai sakelar ("1" dan "0" atau "aktif" dan "nonaktif"); sensor keluaran analog; sensor keluaran digital berupa pulsa atau kode.

Di sini, saya terutama memperkenalkan sensor yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan memberikan kemudahan besar bagi masyarakat—sensor ultrasonik dan aplikasinya dalam radar pembalik.

Pengenalan dasar tentang sensor ultrasonik

Sensor ultrasonik adalah sensor yang dikembangkan dengan memanfaatkan karakteristik gelombang ultrasonik. Untuk menggunakan ultrasonik sebagai metode deteksi, gelombang ultrasonik harus dihasilkan dan diterima. Perangkat yang menjalankan fungsi ini disebut sensor ultrasonik, yang biasanya disebut transduser ultrasonik, atau probe ultrasonik.

Sensor ultrasonik terutama terdiri dari lempengan piezoelektrik, yang dapat mengirimkan dan menerima gelombang ultrasonik. Inti dari sensor ultrasonik adalah chip piezoelektrik dalam selubung plastik atau logamnya. Terdapat berbagai jenis material yang membentuk lempengan tersebut. Material utama sensor ultrasonik adalah kristal piezoelektrik (elektrostriksi) dan paduan nikel-besi-aluminium (magnetostriksi). Material elektrostriktif meliputi timbal zirkonat titanat (PZT) dan sebagainya. Sensor ultrasonik yang terdiri dari kristal piezoelektrik adalah sensor reversibel. Sensor ini dapat mengubah energi listrik menjadi osilasi mekanik untuk menghasilkan gelombang ultrasonik. Pada saat yang sama, ketika menerima gelombang ultrasonik, sensor ini juga dapat mengubahnya menjadi energi listrik, sehingga dapat dibagi menjadi pemancar atau penerima. Beberapa sensor ultrasonik dapat digunakan untuk mengirim dan menerima gelombang. Sensor ultrasonik terdiri dari sensor pemancar (atau pemancar gelombang), sensor penerima (atau penerima gelombang), bagian kontrol, dan bagian catu daya. Sensor pemancar terdiri dari pemancar dan transduser vibrator keramik dengan diameter sekitar 15 mm. Fungsi transduser adalah untuk mengubah energi getaran listrik dari vibrator keramik menjadi energi super dan memancarkannya ke udara; sementara sensor penerima ditransduksi oleh vibrator keramik. Transduser terdiri dari penguat dan rangkaian penguat. Transduser menerima gelombang untuk menghasilkan getaran mekanis dan mengubahnya menjadi energi listrik, yang digunakan sebagai keluaran dari penerima sensor untuk mendeteksi gelombang ultrasonik yang dipancarkan. Bagian kontrol terutama mengontrol frekuensi rantai pulsa, siklus kerja, modulasi sparse dan penghitungan, serta jarak deteksi yang dikirim oleh pemancar.

Prinsip kerja sensor ultrasonik

Sensor ultrasonik adalah sensor yang dikembangkan dengan memanfaatkan karakteristik gelombang ultrasonik. Gelombang suara adalah bentuk perambatan dari keadaan getaran mekanis suatu objek. Ultrasonik mengacu pada gelombang suara dengan frekuensi getaran lebih besar dari 20.000 Hz. Jumlah getaran per detik sangat tinggi, melebihi batas atas pendengaran manusia. Orang menyebut gelombang suara yang tidak terdengar ini sebagai ultrasonik.

Ultrasonik adalah jenis osilasi mekanik dalam medium elastis, yang memiliki dua bentuk: osilasi transversal (gelombang transversal) dan osilasi longitudinal (gelombang longitudinal). Osilasi longitudinal terutama digunakan dalam aplikasi industri. Gelombang ultrasonik dapat merambat dalam gas, cairan, dan padatan, dan kecepatan perambatannya berbeda. Selain itu, gelombang ultrasonik juga memiliki fenomena refraksi dan refleksi, serta atenuasi selama perambatan.

Hukum perambatan refleksi, refraksi, difraksi, dan hamburan gelombang ultrasonik dalam medium pada dasarnya tidak berbeda dengan hukum gelombang suara yang dapat didengar. Dibandingkan dengan gelombang suara yang dapat didengar, gelombang ultrasonik memiliki banyak karakteristik yang unik: karakteristik perambatan - daya difraksi gelombang ultrasonik sangat rendah. Gelombang ini dapat merambat dalam garis lurus di medium yang seragam. Semakin pendek panjang gelombang gelombang ultrasonik, semakin menonjol karakteristik ini. Karakteristik daya─ ─ Ketika suara merambat di udara, suara tersebut mendorong partikel-partikel di udara untuk bergetar bolak-balik sehingga melakukan kerja pada partikel-partikel tersebut. Pada intensitas yang sama, semakin tinggi frekuensi gelombang suara, semakin besar daya yang dimilikinya. Karena frekuensi gelombang ultrasonik yang tinggi, daya gelombang ultrasonik sangat besar dibandingkan dengan gelombang suara biasa. Kavitasi─ ─ Ketika gelombang ultrasonik merambat dalam cairan, rongga-rongga kecil akan terbentuk dalam cairan akibat getaran hebat partikel-partikel cairan. Rongga-rongga kecil ini mengembang dan menutup dengan cepat, menyebabkan tumbukan hebat antar partikel cairan, menghasilkan tekanan ribuan hingga puluhan ribu atmosfer. Interaksi hebat antar partikel ini akan menyebabkan suhu cairan naik tiba-tiba, sehingga dua cairan yang tidak dapat bercampur (seperti air dan minyak) akan beremulsi, mempercepat pelarutan zat terlarut, dan mempercepat reaksi kimia. Berbagai efek yang disebabkan oleh aksi gelombang ultrasonik dalam cairan disebut kavitasi ultrasonik.

Fitur-fitur ultrasonografi:

(1) Ketika gelombang ultrasonik merambat, arahnya kuat, dan energinya mudah terkonsentrasi;

(2) Ultrasonik dapat merambat dalam berbagai media yang berbeda dan dapat menempuh jarak yang cukup jauh; (3) Interaksi antara ultrasonik dan media transmisi suara bersifat sedang, dan mudah untuk membawa informasi tentang keadaan media transmisi suara (diagnosis atau pada media transmisi suara). Memiliki efek).

Dalam revolusi industri sebelumnya dalam peradaban manusia, teknologi sensor selalu memainkan peran penting sebagai pelopor. Ini adalah teknologi kunci yang mer permeates berbagai teknologi dan bidang aplikasi. Teknologi ini hampir ada di mana-mana di semua bidang yang dapat dibayangkan manusia.

Dengan kemajuan teknologi sensor, sensor akan berkembang dari fungsi penilaian semata menjadi fungsi pembelajaran, dan akhirnya menjadi fungsi kreativitas. Melihat ke masa depan di abad baru, sebagai jenis alat yang sangat penting dan bermanfaat, sensor ultrasonik akan memiliki banyak ruang untuk pengembangan di semua aspek, dan akan berkembang ke arah penentuan posisi yang lebih tinggi dan presisi tinggi. Dalam memenuhi kebutuhan sosial yang terus berkembang, sensor dengan tampilan baru akan memainkan peran yang lebih besar.