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    超声波传感器和超声波测距原理分析
  • 超声波传感器和超声波测距原理分析
  •   发布日期: 2024-01-29  浏览次数: 212

    人类耳朵能听到的声波频率为20HZ~20KHz。当声波的振动频率大于20KHz或小于20Hz时,我们便听不见了。因此,我们把频率高于20KHz赫兹的声波称为“超声波”。因其方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远,可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。如超声波清洗机,超声波加湿器,医学检查B超,彩超,超声波探伤仪等。

    声音是由振动产生的,能够产生超声波的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头。超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小,如直径和厚度也各不相同,因此每个探头的性能是不同的,使用前必须预先了解它的性能。

    常用的是压电式超声波发生器,是利用压电晶体的谐振来工作的。超声波传感器探头内部有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器了。 超声波传感器就是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化,即在发射超声波的时候,将电能转换成超声波发射出去;而在接收时,则将超声振动转换成电信号。

    超声波测距原理:

    最常用的超声测距的方法是回声探测法,如下图,超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时计数器开始计时,超声波在空气中传播,途中碰到障碍物面阻挡就立即反射回来,超声波接收器收到反射回的超声波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s,根据计时器记录的时间t,就可以计算出发射点距障碍物面的距离s,即:s=340t/2

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    超声波发射电路:由555定时器产生40KHZ的脉冲信号,加到超声波探头的引脚上,使内部的压电晶片产生共振,向外发射超声波。

    超声波接收电路: 由于超声波接收探头产生的电信号非常弱,需要进行放大处理,下图,由晶体管运算放大器LM324构成放大电路,对接收信号放大后,驱动继电器。


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