超聲波和超聲波傳感器的電路介紹公開
超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器,用來測量物體的距離。首先,超聲波傳感器會發射一組高頻聲波,一般為40-45KHz,當聲波遇到物體后,就會被反彈回,并被接受到。通過計算聲波從發射到返回的時間,再乘以聲波在媒介中的傳播速度(344米/秒,空氣中),就可以獲得物體相對于傳感器的距離值了。
超聲波探頭主要由壓電晶片組成,既可以發射超聲波,也可以接收超聲波。
超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。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,因此每個探頭的性能是不同的。超聲波傳感器的主要性能指標包括:
(1)工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時,輸出的能量*大,靈敏度也*高。
(2)工作溫度。由于壓電材料的居里點一般比較高,特別是診斷用超聲波探頭使用功率較小,所以工作溫度比較低,可以長時間地工作而不失效。醫療用的超聲探頭的溫度比較高,需要單獨的制冷設備。
(3)靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數大,靈敏度高;反之,靈敏度低。
1. 超聲波發射電路
發射電路主要由U1(74LS04/CD4069)和超聲波發生換能器組成,單片機端口P3.4輸出40KHz方波信號一路經**反向器后送超聲波發生換能器T的一個電極,另一路經兩級反向器后送超聲波發生換能器T的另一個電極。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波發生換能器T的兩端,可以提高超聲波發射強度。輸出端采用兩個反向器并聯,用以提高驅動能力。
超聲波傳感器用萬用表直接測試是沒有什么反映的。要想測試超聲波傳感器的好壞可以照圖1-42所示,搭一個音頻振蕩電路,當C1為3900pF時,在反相器8腳與10腳間可產生一個1.9kHz左右的音頻信號。把要檢測的超聲波傳感器(發射和接收)接在8腳與10腳之間;如果傳感器能發出音頻聲音,基本就可以確定此超聲波傳感器是好的。
2. 超聲波接收電路
集成電路CX2016A是一款紅外線檢波接收專用芯片,考慮到紅外遙控常用的載波頻率38KHz與測距的超聲波頻率40KHz較為接近,用其制作超聲波檢測接收電路。