对超声波传感系统控制技术与系统的研究

【摘 要】超声波技术主要应用于工业生产和军事等方面。例如：遥控、探伤、清洗、加热、测距、焊接、打孔等。在控制方面，超声波相较于常规的红外线有更高的性价比在复杂的情况下，如汽车的控制、热水器的控制等方面，用超声波进行检测遥控更具有优越性。因此，超声波可以在光线不足或无法传递的场合使用，在自动控制领域具有广泛的应用价值。

【关键词】超声波；传感；控制

一、超声波的特性

超声波是一种机械波，是机械振动在介质中的传播过程。超声波的频率是20KHZ至50KHZ，而应用于材料检测的超声波频率在0.5MHZ至25MHZ之间，应用于金属材料检测的超声波频率为1MHZ至5MHZ。超声波因为频率高，波长短，指向性强，因此在传播过程中有一些应用性较高的特性。指向性：声源发出的超声波在一定区域定向辐射，超声波在传播时具有束射性，这种特性就是指向性。（1）直线性：超声波的波长在毫米数量级，波长较短，所以在介质中能沿直线传播，而且对固定介质来说传播速度为常数。（2）反射、折射与波形转换：超声波在传播时，如果遇到不同的介质界面，因为介质弹性差异大，在界面上会产生反射。如果超声波倾斜入射到不同介质的界面，进入介质的声波将发生折射，且在一定条件下会产生波形转换。穿透能力强：在多数介质尤其是金属介质中，超声波的传输损失少，传播的距离远，穿透能力很强。

二、超声波产生的原理

声波是物体机械振动状态或能量的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动形式。超声波是指振动频率大于20000HZ以上的，其每秒的振动次数甚高，超出人耳听觉上限的声波。如图1。

三、超声波的产生方法

声波的主要产生方法有热学方法、电动方法、磁致伸缩法（用于焊接、检测）、机械法（高压气流经过小孔）、压电法（用于测控）。其中压电法最常用。

四、超声波传感器

超声波传感器是由压电陶瓷晶片、锥形辐射喇叭、引线、金属外壳、金属网以及底座构成。超声波传感器是利用压电效应工作的，振子用压电陶瓷制成，共振锥形辐射喇叭可以提高灵敏度，当处于发射状态时，外加共振频率的激励电压能产生产生超声波；当处于接受状态时，能很灵敏的探测到共振的超声波。

五、超声波控制技术

超声波遥感 超声波遥控系统由超声波发射电路和超声波接受电路组成。发射电路又分为由555时基电路构成的发射电路和由专用电路NYRKD40T构成的发射电路；超声波接受电路由分立元件构成的超声波接收电路和有专用的集成电路构成的超声波接收电路构成。超声波遥控开关 超声波控制电路时不受电场的干扰，也不会干扰其他的无线电设备。简单的单通道超生遥控开关由发射机和接收机两部分组成。发射机发出超声波被接收机接收后，进行放大，然后推动继电器工作，达到遥控目的。超声波数字测距仪 超声波数字测距仪由时钟电路、微分整形电路、超声波发射电路、接收放大电路、RS触发器以及计数与显示电路组成。时钟电路向整个测距仪提供基准始终，调节各部分工作。超声波发射电路发射超声波频率为40KHZ，每次发射包含10个脉冲。超声波数字测距仪的工作原理：当发出第一个超声波脉冲时，RS触发器置位，RS触发器使计数显示电路开始计数，在检测到第一个返回脉冲时，RS触发器复位，计数器停止计数，并将计数器记录的脉冲换算成长度显示出来。一般的超声波数字测距仪能测量的距离为0～5米。精确度约为2%。

六、总结

近年来，超声波技术的发展迅速， 超声波技术的应用领域越来越广泛，超声波传感控制技术的应用不仅解决了很多技术上的难题，而且缓解了原来生产技术带来的环境压力。超声波超声波传感技术有很好的发展前景。

参考文献

[1]周伦.光机电一体化模块.成都：西南交大出版社，2011

[2]万遇良.光机电一体化系统的设计与分析.中国电力出版社，1998