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超声波传感器的常见检测方式及原理解析

发布时间:2020-12-21 点击次数:229

在工业方面,超声波的典型应用是对金属的无损探伤和超声波测厚两种。过去,许多技术因为无法探测到物体组织内部而受到阻碍,超声波传感技术的出现改变了这种状况。当然更多的超声波传感器是固定地安装在不同的装置上,“悄无声息”地探测人们所需要的信号。在未来的超声波传感器应用中,超声波将与信息技术、新材料技术结合起来,将出现更多的智能化、高灵敏度的超声波传感器。


超声波检测设备


超声波传感器的常见检测方式及原理解析



一、根据被检测对象的体积、材质、以及是否可移动等特征


超声波传感器采用的检测方式有所不同,常见的检测方式有如下四种:


1、穿透式:发送器和接收器分别位于两侧,当被检测对象从它们之间通过时,根据超声波的衰减(或遮挡)情况进行检测。


2、限定距离式:发送器和接收器位于同一侧,当限定距离内有被检测对象通过时,根据反射的超声波进行检测。


3、限定范围式:发送器和接收器位于限定范围的中心,反射板位于限定范围的边缘,并以无被检测对象遮挡时的反射波衰减值作为基准值。当限定范围内有被检测对象通过时,根据反射波的衰减情况(将衰减值与基准值比较)进行检测。


4、回归反射式:发送器和接收器位于同一侧,以检测对象(平面物体)作为反射面,根据反射波的衰减情况进行检测。


二、检测好坏


超声波传感器用万用表直接测试是没有什么反映的。要想测试超声波传感器的好坏可以搭一个音频振荡电路,当C1为390OμF时,在反相器⑧脚与⑩脚间可产生一个1.9kHz左右的音频信号。把要检测的超声波传感器(发射和接收)接在⑧脚与⑩脚之间;如果传感器能发出音频声音,基本就可以确定比超声波传感器是好的。


注:C1=3900μF时,为1.9kHZ左右;C1=0.O1μF时,约0.76kHZ。


超声波检测设备


三、液位测试


超声波测量液位的基本原理是:由超声探头发出的超声脉冲信号,在气体中传播,遇到空气与液体的界面后被反射,接收到回波信号后计算其超声波往返的传播时间,即可换算出距离或液位高度。超声波测量方法有很多其它方法不可比拟的优点:


(1)无任何机械传动部件,也不接触被测液体,属于非接触式测量,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性液体等,因此性能稳定、可靠性高、寿命长;


(2)其响应时间短可以方便的实现无滞后的实时测量。


系统采用的超声波传感器的工作频率为40kHz左右。由发射传感器发出超声波脉冲,传到液面经反射后返回接收传感器,测出超声波脉冲从发射到接收到所需的时间,根据媒质中的声速,就能得到从传感器到液面之间的距离,从而确定液面。考虑到环境温度对超声波传播速度的影响,通过温度补偿的方法对传播速度予以校正,以提高测量精度。计算公式为:


V=331.5+0.607T (1)


式中:V为超声波在空气中传播速度;T为环境温度。


S=V ×t/2=V×(t1-t0)/2 (2)


式中:S为被测距离;t为发射超声脉冲与接收其回波的时间差;t1为超声回波接收时刻;t0为超声脉冲发射时刻。利用MCU的捕获功能可以很方便地测量t0时刻和t1时刻,根据以上公式,用软件编程即可得到被测距离S。由于本系统的MCU选用了具有SOC特点的混合信号处理器,其内部集成了温度传感器,因此可利用软件很方便的实现对传感器的温度补偿。


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