超声波换能器电路：物体检测设备

您是否曾经想测量物体与特定目标的距离？为此，您可以使用带有超声波传感器的超声波发射器。电子电路通常会使用该组件来产生超声波。因此，它可以测量物体的接近度。因此，这些功能使它们对于机器人导航非常有用。不仅如此，这种换能器在工业、医疗、自动化等诸多领域也有着广泛的应用！

本文介绍超声波换能器电路，让您了解其功能。那么让我们开始吧！

什么是超声波换能器？

超声波换能器

超声波换能器用作与声音相关的传感器，可将能量类型转换为超声波能量。该设备将电信号传输到物体，然后将它们发送回换能器。发生这种情况时，它会测量物体的距离而不是信号强度。它还依靠超声波来测量特定参数。此外，它的超声波频率范围高于 20 kHz，非常适合测量距离。

40kHz 超声波换能器。

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总而言之，这种传感器类型可以检测各种材料，包括金属、非金属、透明和有色物体。它还可以识别液体、固体和精细物质。

超声波传感器的内部结构。

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该设备具有背衬、耐磨板和活动元件。在这种情况下，作为有源元件的晶体或压电将电能转换为超声波能量。结果，该设备吸收超声波能量，将其转化为电能。当然，它也扭转了这种转变过程。

此外，换能器具有接收器、发射器、电源和控制机构。同时，发射器有一个15mm的陶瓷振动器。这些传感器的功能与超声波扬声器和麦克风相同，可生成和接收高频声波。

由于压电材料的居里点高，该传感器在低温下运行以用于诊断目的，消耗的功率最小。它还可以在不影响电路的情况下长时间运行。同时，基于医疗的换能器在高温下工作。这些通常依赖于有助于防止损坏的冷却设备。

超声波换能器工作原理

超声波探头可以检测钢板中的缺陷或缺陷。

向超声波换能器施加电信号将使其产生声波。声波在检测到干扰后反射换能器的回波信号。它还在特定频率范围内振动。结果，回声被转换成电信号。

之后，该设备测量传送声波和接收回声所需的时间。当传感器以 40 kHz 频率工作时，超声波脉冲将释放到空气中。

荧光灯不会影响传感器检测物体的能力。

总体而言，黑色材料、烟雾、阳光、荧光灯管和灰尘不会影响换能器的性能。因此，它比红外传感器具有明显的优势。此外，超声波传感器提供出色的噪声抑制能力。但高温波动会造成物体检测干扰。

该设备还依靠超声波来计算距离，公式如下：

D =½ * T * C

在这种情况下，D表示距离，T表示发射和接收超声波的时间间隔。同时，C代表声速。

超声波换能器电路

超声波发射器电路图

所需组件：

• 555 IC – 1x
• 2N2222 晶体管 – 1x
• 超声波换能器 - 1x
• 1k 电阻 – 2x
• 2k 电阻 – 1x
• 5k 电阻 - 1x
• 0.01fuF 电容 – 1x
• 3.3nF 电容 – 1x

工作原理：

许多超声波发射器电路都具有 555 IC 定时器。

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通常，在非稳态多谐振荡器模式下工作的 IC 555 用作振荡器。这会生成达到 40 kHz 的恒定串行方波脉冲。同时，公式F=1..44/((R2+2R1)C2设定输出频率值。同时，R1、R2、R3电子元件输出40KHz。

它还具有一个超声波换能器，可将输入脉冲转换为匹配频率的超声波。这些包含压电晶体，一旦它们接收到电压就会改变尺寸。晶体在接收到输入信号后会发生振荡，迫使它们产生高频声波。

同时，2N2222晶体管驱动换能器。您可以实现由晶体包围的振荡器而不是 555 以实现稳定振荡。

超声波换能器类型

当今市场上存在各种超声波换能器类型。这些包含基本参数，包括频率、足迹和压电晶体的排列。您将在下面找到最有效的类型：

• 线性型：这种换能器类型采用带线性阵列的压电晶体。
  
• 相控阵：相控阵占用空间更小，支持从 2MHz 到 7MHz 的低频。
  
• 标准：也称为凸面超声换能器或普通超声换能器，这种类型包含弯曲的压电晶体。您将在大量的测试应用程序中看到这些实现。

此外，您可以使用延迟线换能器、接触式换能器、双晶换能器、浸没式换能器和角束换能器。当然，这些不同的类型都有无损检测应用。

应用程序

超声波探头包含超声波换能器。

超声换能器在广泛的领域中具有不同的应用。我们在下面列出了一些。

• 医学领域的诊断测试、癌症治疗、心脏和眼科检查以及内脏检查。
• 物体检测
• 测量目标与物体之间的距离

此图显示了超声波传感器如何检测物体及其距离。

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• 自动化
• 库存控制
• 识别小故障

超声波换能器可以检测小故障。

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• 液位和流量测量
• 生物医学
• 电源
• 液位控制和监测
• 产品线管理
• 断线检测

优点和缺点

优点：

超声波传感器可以检测固体、液体或气体。我们在下面列出了超声波换能器的优点：

• 能够检测所有物质类型并测量各种材料。
• 温度、灰尘和水不会影响性能。
• 可在任何适合条件的环境中运行。
• 通常用于提供高感应间隔测量。

下面列出了与超声波换能器相关的缺点：

缺点：

高温波动会影响传感器。

• 由于温度转换的不可预测性而发生检测变化。
• 对高温波动极为敏感。
• 由于其柔软而薄的特性，无法检测小目标的反射。

总结

非常有用且结构精良的超声波换能器使导航机器人更容易避开物体。它还在其他应用程序中呈现出不同的用途。在这种情况下，这有助于确定其在物体检测和距离测量中的作用。一般来说，不同的环境因素不会对其整体性能产生负面影响。因此，灰尘、阳光和水不会阻止超声波脉冲到达目的地并返回。所以这个组件可以在任何时候持续运行。

您对超声波换能器有任何疑问吗？欢迎随时联系我们！