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兼用型就是发送器和接收器为一体传感器,即可发送超声波,又可接收超声波。超声波传感器的谐振频率中心频率有23kHz、40kHz、75kHz、200kHz、400kHz等。谐振频率变高,则检测距离变短,分解力也变高。
超声波传感器是利用压电效应的原理,压电效应有逆效应和顺效应,超声波传感器是可逆元件,超声波发送器就是利用压电逆效应的原理。所谓压电逆效应如图31所示,是在压电元件上施加电压,元件就变形,即称应变。若在图a
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f所示的已极化的压电陶瓷上施加如图b所示极性的电压,外部正电荷与压电陶瓷的极化正电荷相斥,同时,外部负电荷与极化负电荷相斥。由于相斥的作用,压电陶瓷在厚度方向上缩短,在长度方向上伸长。若外部施加的极性变反,如图c所示那样,压电陶瓷在厚度方向上伸长,在长度方向上缩短。
图31压电逆效应
超声波传感器采用双晶振子,即把双压电陶瓷片以相反极化方向粘在一起,在长度方向上,一片伸长,另一片就缩短。在双晶振子的两面涂敷薄膜电极,其上面用引线通过金属板振动板接到一个电极端,下面用引线直接接到另一个电极端。双晶振子为正方形,正方形的左右两边由圆弧形凸起部分支撑着。这两处的支点就成为振子振动的节点。金属板的中心有圆锥形振子。发送超声波时,圆锥形振子有较强的方向性,因而能高效率地发送超声波;接收超声波时,超声波的振动集中于振子的中心,所以,能产生高效率的高频电压。
采用双晶振子的超声波传感器若在发送器的双晶振子谐振频率为40kHz上施加40kHz的高频电压,压电陶瓷片就根据所加的高频电压极性伸长与缩短,于是就能发送40kHz频率的超声波。超声波以疏密波形式传播,传送给超声波接收器。超声波接收器是利用压电效应的原理,即在压电元件的特定方向上施加压力,元件就发生应变,则产生一面为正极,另一面为负极的电压。若接收到发送器发送的超声波,振子就以发送超声波的频率进行振动,于是,就产生与超声波频率相同的高频电压,当然这种电压是非常小的,必须采用放大器放大。
312特性
现以MA40S2R接收器和MA40S2S发送器为例说明超声波传感器的各种特性,表31示出的就是这种超声波传感器的特性。传感器的标称频率为40kHz,这是压电元件的中心频率,实际上发送超声波时是串联谐振与并联谐振的中心频率,而接收时各自使用并联谐振频率。
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f种类特性标称频率灵敏度带宽电容绝缘电阻温度特性
表31超声波传感器MA40S2RS的特性
MA40S2R接收
MA40S2S发送
40kHz
-74dB以上
100dB以上
6kHzr
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