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超聲波傳感器測距原理與模塊使用

超聲波傳感器測距原理與模塊使用

發(fā)布日期:2018-07-23 作者: 點(diǎn)擊:

        人類(lèi)耳朵能聽(tīng)到的聲波頻率為20HZ~20KHz。當聲波的振動(dòng)頻率大于20KHz或小于20Hz時(shí),我們便聽(tīng)不見(jiàn)了。因此,我們把頻率高于20KHz赫茲的聲波稱(chēng)為“超聲波”。因其方向性好,穿透能力強,易于獲得較集中的聲能,在水中傳播距離遠,可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫學(xué)、軍事、工業(yè)、農業(yè)上有很多的應用。如超聲波清洗機,超聲波加濕器,醫學(xué)檢查B超,彩超,超聲波探傷儀等。


        聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的,能夠產(chǎn)生超聲波的裝置就是超聲波傳感器,習慣上稱(chēng)為超聲換能器,或者超聲探頭。超聲波探頭主要由壓電晶片組成,既可以發(fā)射超聲波,也可以接收超聲波。構成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小,如直徑和厚度也各不相同,因此每個(gè)探頭的性能是不同的,使用前必須預先了解它的性能。


        常用的是壓電式超聲波發(fā)生器,是利用壓電晶體的諧振來(lái)工作的。超聲波傳感器探頭內部有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當它的兩極外加脈沖信號,其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí),壓電晶片將會(huì )發(fā)生共振,并帶動(dòng)共振板振動(dòng),便產(chǎn)生超聲波。反之,如果兩電極間未外加電壓,當共振板接收到超聲波時(shí),將壓迫壓電晶片作振動(dòng),將機械能轉換為電信號,這時(shí)它就成為超聲波接收器了。 超聲波傳感器就是利用壓電效應的原理將電能和超聲波相互轉化,即在發(fā)射超聲波的時(shí)候,將電能轉換成超聲波發(fā)射出去;而在接收時(shí),則將超聲振動(dòng)轉換成電信號。


超聲波測距原理:


最常用的超聲測距的方法是回聲探測法,如下圖,超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波,在發(fā)射時(shí)刻的同時(shí)計數器開(kāi)始計時(shí),超聲波在空氣中傳播,途中碰到障礙物面阻擋就立即反射回來(lái),超聲波接收器收到反射回的超聲波就立即停止計時(shí)。超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s,根據計時(shí)器記錄的時(shí)間t,就可以計算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物面的距離s,即:s=340t/2


超聲波傳感器


超聲波發(fā)射電路:由555定時(shí)器產(chǎn)生40KHZ的脈沖信號,加到超聲波探頭的引腳上,使內部的壓電晶片產(chǎn)生共振,向外發(fā)射超聲波。


超聲波接收電路: 由于超聲波接收探頭產(chǎn)生的電信號非常弱,需要進(jìn)行放大處理,下圖,由晶體管和運算放大器LM324構成放大電路,對接收信號放大后,驅動(dòng)繼電器。


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