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超声波和超声波传感器的电路介绍公开
超声波和超声波传感器的电路介绍公开
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器,用来测量物体的距离。首先,超声波传感器会发射一组高频声波,一般为
40-45KHz,当声波遇到物体后,就会被反弹回,并被接受到。通过计算声波从发射到返回的时间,再乘以声波在媒介中的传播速度(344米/秒,空气中),就可以获得物体相对于传感器的距离值了。
超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。
超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小,如直径和厚度也各不相同,因此每个探头的性能是不同的。超声波传感器的主要性能指标包括:
(
1)工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时,输出的能量*大,灵敏度也*高。
(
2)工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高,特别是诊断用超声波探头使用功率较小,所以工作温度比较低,可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高,需要单独的制冷设备。
(
3)灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大,灵敏度高;反之,灵敏度低。
1. 超声波发射电路
发射电路主要由
U1(74LS04/CD4069)和超声波发生换能器组成,单片机端口P3.4输出40KHz方波信号一路经**反向器后送超声波发生换能器T的一个电极,另一路经两级反向器后送超声波发生换能器T的另一个电极。用这种推挽形式将方波信号加到超声波发生换能器T的两端,可以提高超声波发射强度。输出端采用两个反向器并联,用以提高驱动能力。
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照图
1-42所示,搭一个音频振荡电路,当C1为3900pF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,基本就可以确定此超声波传感器是好的。
2. 超声波接收电路
集成电路
CX2016A是一款红外线检波接收专用芯片,考虑到红外遥控常用的载波频率38KHz与测距的超声波频率40KHz较为接近,用其制作超声波检测接收电路。
3.超声波测距的算法
距离计算公式:
电路图公布:
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