Ультразвуковой пьезоизлучатель: Пьезоизлучатель ультразвуковой

Содержание

Пьезоизлучатель для увлажнителя воздуха

Влажность воздуха в жилом помещении является обязательным параметром для жизнедеятельности людей и растений. Всему живому, и даже неживому, на земле необходима вода, которая находится в воздушных массах.

В соответствии с ГОСТ 30494-96 оптимальными показателями являются

  • 40-70 % влажности в закрытом помещении для людей.
  • 50-75 % влажности для комнатных растений.
  • До 60% влажности для бумажных изделий, к примеру, книг и ценных вещей, мебели и бытовых приборов.

От низких показателей влажности страдает все вокруг. К примеру, в Сахаре влажность составляет около 25%, а в городской квартире в отопительный период – около 20%. Сухость в помещении приводит к ослаблению иммунной системы, частым простудам, аллергии и многих иным заболеваниям. Повысить влажность в помещении можно с помощью ультразвукового увлажнителя.

Особенности прибора

Пьезоизлучатель — это небольшой аккуратный элемент

Ультразвуковые увлажнители относятся к разряду надежной и эффективной техники для дома. Принцип увлажнения воздуха прибором заключается в использовании уникальной мембраны.

Ультразвуковая мембрана для увлажнителя воздуха под воздействием высокочастотных колебаний превращает залитую в резервуар воду во влажную пыль. С помощью вентилятора, воздух из комнаты засасывается в прибор, проходит сквозь водяную пыль, очищается и насыщается влажностью и подается обратно в комнату, но уже в виде тумана. Принцип холодного пара позволяет применять прибор в помещениях, где живут маленькие дети: пьезоизлучатель для увлажнителя воздуха не греет воду и является безопасным в использовании.

Важно! При работе длительное время ультразвуковой прибор может понижать температуру в комнате за счет насыщения воздуха холодным туманов. Устранить такую неприятность просто: включить функцию «Теплый пар» и подогреть воздушные массы.

Достоинства

  • Наличие гидростата, который позволяет в ручном режиме регулировать показатели влажности.
  • Автоматическое управление приборов: поддержание указанных параметров влажности, отключение при полном испарении воды.
  • Возможность устанавливать параметры влажности вплоть до 70%.
  • Низкая шумность в включенном состоянии: значительно меньше допустимых 40 Дб.
  • Высокая производительность: до 16 л пара в сутки при емкости до 5 л.
  • Потребляет малое количество электроэнергии: до 50 Вт.
  • Оснащаются современной системой фильтрации жидкости.
  • Безопасное использование, достигаемое за счет отсутствия горячего пара.
  • Современный дизайн, возможность выбора цвета, функциональности, габаритов.

Важно! Для повышения длительности эксплуатации прибора необходимо использовать дистиллированную воду. Это поможет также избежать белого налета на мебели и иных поверхностях: дистиллированная вода не имеет примесей и солей.

Недостатки

  • Своевременный уход: чистить прибор необходимо каждые 10 дней.
  • Сложность ремонта.
  • Относительно высокая стоимость.

Устройство ультразвукового увлажнителя

Блок управления прибором

БУ пьезоизлучателем

Рабочая схема может быть выполнена в виде отдельного элемента или быть составной индикатора. Она регулирует и настраивает режимы работы прибора, отслеживает показатели датчиков. К примеру, при полном испарении жидкости устройство отключается, при достижении заданных параметром влажности работа также будет прекращена.

Генератор

Схема, которая формирует электрический сигнал. С его помощью задаются электрические колебания необходимой частоты. Как правило, генератор является отдельным элементом.

Ультразвуковой излучатель для увлажнителя воздуха

Элемент, который под воздействием тока вибрирует на высокой частоте. Ультразвук создается на частоте 1,7 мГц, которая не воспринимается слухом человека. Под воздействием ультразвука вода разбивается на мельчайшие частицы и преобразовывается в туман. «Холодный пар» распространяется по комнате, освежая и очищая ее.

Датчики

В ультразвуковых увлажнителях устанавливаются датчики воды и влажности. С их помощью выполняется контроль за наличием жидкости в емкости и показателями влажности в помещении.

Блок питания

Компонент, предназначенный для питания прибора.

Вентилятор

Элемент, используемый для распространения холодного пара по комнате.

Важно! Прежде чем приступить к ремонту прибора следует установить неисправность и ее причину.

Распространенные неисправности

Неприятный запах

Появление неприятного запаха — повод проверить работоспособность пьезоизлучателя

Появление стороннего запаха свидетельствует о застое воды, если прибор длительное время не использовался, и вода не была слита. Также причиной может быть засорение системы фильтрации. Решение: полная чистка прибора с использованием специальных средств, замена фильтров.

Отсутствует подача воздуха

В том случае, когда увлажнитель работает, но воздух не идет необходимо проверить работоспособность вентилятора. Причиной неисправности может быть и засорение фильтра воздухозаборной решетки. Решение: замена фильтрующего элемента или вентилятора.

Совсем не включается

При отсутствии питания прибор теряет работоспособность. При обнаружении неприятности проверить есть ли напряжение в линии. Также данная проблема актуальна при выходе из строя предохранителя вилки. Решение: замена предохранителя, вилки или проводов.

Как проверить работоспособность пьезоэлемента

Первым признаком неисправности является отсутствие пара или ослабление парообразования. Устранить неисправность можно самостоятельно, выполнив замену элемента.

Алгоритм замены

  • Отключить прибор от питания.
  • Снять емкость для воды, вытереть насухо прибор.
  • Вскрыть корпус устройства, используя отвертку под тип винтов.
  • Осмотреть элементы на предмет горения, прочности крепления проводов и их целостность, проверить целостность элементов.
  • Найти пьезоэлемент для увлажнителя воздуха, сфотографировать способ подключения проводов или записать их расположение.
  • Отсоединить излучатель.
  • Снять уплотнительные детали.
  • Осмотреть элемент, определить, нет ли механических повреждений.
  • При наличии видимых дефектов заменить элемент на новый, при их отсутствии проверить контакты.
  • Собрать прибор.

Правила безопасности при использовании ультразвукового увлажнителя

Эта деталь без проблем меняется самостоятельно и стоит недорого
  • Увлажнитель воздуха используется строго по назначению: запрещается применять его для сушки белья или проветривания помещения.
  • Поток пара должен быть направлен на безопасное место: запрещается направлять холодный туман на предметы интерьера, бытовую технику, кровать или иную мебель.
  • Ремонтировать прибор необходимо в отключенном состоянии: запрещается работать с увлажнителем в момент питания или при наличии воды.
  • Собирать прибор необходимо в соответствии с первоначальным положением всех элементов и проводов.
  • После ремонта необходимо проверить прибор на работоспособность: включить увлажнитель в защитное УЗО. Если защита сработала – без визита в сервисный центр не обойтись.

Ультразвуковой увлажнитель воздуха требует к себе своевременного внимания. Это прибор инновационного типа, работающий при высоких частотах. Используйте его в соответствии с рекомендациями производителя, и он длительное время будет обеспечивать оптимальную влажность в вашем доме.

https://youtu.be/UrKgl34mUtk

Навигация по записям

Излучатель ультразвуковой широкополосный

 

Предлагаемое техническое решение относится к области акустики, в частности к преобразованию акустического сигнала. Для существенного расширения спектра сигнала предложено использовать физический процесс кавитации воды под воздействием ультразвука. В предлагаемом техническом решении ультразвуковой пьезоизлучатель помещается в содержащую жидкость камеру, оснащенную тонкой мембраной, расположенной параллельно излучающей поверхности излучателя на расстоянии, превышающем размеры кавитационного кластера. Техническим результатом предложенной полезной модели является возможность получения колебаний широкого спектра и их перевода в газовую или твердую фазу.

Предлагаемое техническое решение относится к акустическим системам и, в частности, к ультразвуковым излучателям, используемым для интенсификации технологических процессов.

Известны ультразвуковые излучатели роторного типа, работающие в жидкости в режиме кавитации, создающие высокочастотные колебания за счет ударных волн, образующихся в результате схлопывания кавитационных пузырьков. Такие излучатели используются для интенсификации процессов в различных жидкостных реакторах [1].

Известны ультразвуковые излучатели соплового типа, работающие в жидкости в режиме кавитации. Такие излучатели используются для интенсификации процессов обработки нефтяного пласта [2].

К недостаткам вышеперечисленных типов излучателей относится то, что воздействие осуществляется только в жидкой среде.

Наиболее близкой по существенным признакам является конструкция излучателя [3, прототип] на основе пьезоэлектрического эффекта. Он состоит из возбудителя колебаний и концентратора/волновода. К существенным недостаткам такого излучателя относится сложность получения колебаний широкого спектра высоких частот. К тому же, жидкость при воздействии интенсивного ультразвука нагревается, что мешает поддерживать температуру, оптимальную для кавитации.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель является получение высокочастотных колебаний широкого спектра, включающих спектр кавитационных шумов.

В предлагаемом техническом решении ультразвуковой пьезоизлучатель помещается в содержащую жидкость камеру, оснащенную тонкой мембраной, расположенной параллельно излучающей поверхности излучателя на расстоянии, превышающем размеры кавитационного кластера.

На фигуре 1 представлена схема ультразвукового кавитационного излучателя.

Он состоит из типового ультразвукового излучателя 1, камеры 2, заполненной жидкостью. На стакане установлены патрубки 3 для циркуляции жидкости. Дно стакана выполнено в виде тонкой мембраны.

Излучатель работает следующим образом. Ультразвуковой вибратор 1 создает колебания с ультразвуковой частотой и амплитудой достаточной для возникновения кавитации. Возникающие в результате кавитации ударные волны передаются через мембрану 4 во внешнюю среду. В результате ультразвукового воздействия жидкость в камере достаточно быстро нагревается. Для того чтобы излучатель мог работать длительное время без остановки камера оснащена системой циркуляции жидкости. Циркуляция жидкости позволяет поддерживать требуемую температуру в камере, при которой кавитация происходит наиболее интенсивно.

Техническим результатом предложенной полезной модели является возможность получения колебаний широкого спектра и их перевода в газовую или твердую фазу.

Литература

1. Хафизов Н.Ф. Кавитационно-вихревой абсорбер для очистки газов // Проблемы прогнозирования, предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций: III Всерос. науч.-практ. конф - Уфа, 2002.

2. Мартынов В.П. Кавитационно-волновая технология скважинной обработки нефтяного пласта / Горный информационно-аналитический бюллетень 6, 2006, 14 с. - Деп. в МГГУ 23.03.2006, 461/06-06.

3. Пат. 2141386 Ультразвуковая колебательная система / Р.В.Барсуков, В.Н.Хмелев, С.Н.Цыганок, прототип.

1. Излучатель ультразвуковой, выполненный на базе пьезоэлектрического преобразователя с волноводом, отличающийся тем, что рабочая часть волновода установлена на расстоянии от мембраны, превышающем размеры кавитационного кластера, и заключена в камеру, заполненную жидкостью.

2. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что камера снабжена системой циркуляции жидкости.

Ультразвуковой излучатель тумана

 Увлажнитель на базе ультразвукового излучателя, способен создавать облако тумана над поверхностью воды и увлажнять воздух в помещении.

Его работа происходит следующим образом. Миниатюрный ультразвуковой  генератор заставляет колебаться пьезоэлемент с мембраной на очень высокой частоте (десятки килогерц). Эта частота не уловима ухом человека.

Молекулы воды соприкасаясь с этой мембраной получают очень сильное ускорение и покидают поверхность воды, переходя из жидкого в парообразное состояние. Но поскольку их температура не высока, пар тут же конденсируется в микроскопические капли, образуя видимый туман.

Такой прибор повышает влажность вокруг себя, создает декоративный эффект в водоеме.

Однако следует учитывать, что при использовании генератора тумана в качестве увлажнителя в доме или в инкубаторе, его надо использовать только с абсолютно дистиллированной водой (например, дождевой). Если вода будет обычная, водопроводная, содержащая много солей, то молекулы солей так же будут разлетаться по всей комнате и оседать на любой поверхности. Также слой соли оседает в инкубаторе на скорлупу яиц и повышает её прочность, что мешает проклевыванию птенцов. Со временем этот белесый налёт станет заметен. При использовании на открытой местности такого эффекта не наблюдается, так как все смывается дождем.

 

Напряжение питания - 24 Вольта переменного или 30 вольт постоянного тока. (блок питания в комплект НЕ входит)

Мощность излучателя 20 ватт.
Ток потребления: до 0.6-1 Ампера

Производительность: 330 мл в час.
Срок службы более 3000 часов непрерывной работы.

Размер: диам. 5,6 см высота 2,6 Кабель 90 см.

Излучатель должен быть погружен на глубину 2,5-3,5 см от поверхности воды, керамическим излучателем  вверх.

Для создания мощного тумана необходимо применять много генераторов или более мощные генераторы.
 

генераторы тумана (небулайзеры и ингаляторы) работают  обычно на 1.6 - 2,4 МГц и имеют мощность порядка  20 Вт.

Частота генерации - 1700±40 кГц

Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Пьезоизлучатель

Cтраница 1

Пьезоизлучатель, питаемый генератором высокой частоты, посылает в испытуемый образец ультразвуковые колебания. Если генератор настроен на частоту, при которой в Р1Сследуемом образце не наблюдается резонанса, то режим работы излучателя и, соответственно, генератора не изменяется. Это может быть истолковано как уменьшение акустического сопротивления среды-сопротивления нагрузки на из. Уменьшение сопротивления нагрузки приводит к уменьшению амплитуды колебаний генератора и к увеличению его анодного и сеточного токов. Эти изменения могут быть отмечены тем или иным индикатором. Зная частоту излучаемого ультразвука и скорость его распространения в материале контролируемого изделия, легко определить его толщину или расстояние до дефекта, от которого в данный момент имеет место отраженная, интерферирующая с падающей, ультразвуковая волна.  [1]

Пьезоизлучатель и пьезоприемник связаны с образцом через слой согласующего вещества и призм из свинца или другого материала с малой скоростью звука. Сигнал, возбуждаемый поверхностной волной на пьезоприемнике, попадает иа вход приемно-усилительного тракта, в состав которого входит супергетеродинный приемник с усилителем низкой частоты. Интерференция высокочастотных ( ВЧ) напряжений, поступающих на вход приемника одновременно от двух источников: пьезопреобразователя и генератора, приводит к образованию биений, которые наблюдают на экране осциллографа.  [3]

Генератор возбуждает пьезоизлучатель, находящийся внутри шины, помещенной в резервуар с водой. Ультразвуковые колебания проходят через исследуемую шину, воспринимаются пьезонриемниками и после усиления попадают на стрелочный индикатор. Датчики и приемники ультразвука могут смещаться, сохраняя свое взаимное расположение, что позволяет прозвучивать все участки покрышки. Если в шипе имеется какая-либо воздушная полость, то ультразвуковые волны отразятся от нее, что будет зарегистрировано по отклонению стрелки прибора и красному свету сигнальной лампы.  [5]

В СВЧ-диапазоне используют пьезоизлучатели на основе пьезополупро-водников с истощенным слоем. Создание тонкого высокоомного слоя пьезоэлектрика, работающего на резонансной частоте продольных или поперечных колебаний, позволяет достигать частот до 75 ГГц. Подобные пьезополупроводниковые преобразователи получаются методом диффузии компенсирующей примеси в приповерхностный слой, осаждением тонкой пленки пьезоэлектрика на подложку, созданием блокирующего слоя на поверхности ацентрического полупроводника или использованием эффекта поля.  [6]

В промышленных конструкциях пьезоизлучателей передача ультразвуковых колебаний в озвучиваемую среду осуществляется через металлическую пластину.  [8]

Анализ эквивалентных схем пьезоизлучателей позволяет определить важнейшие характеристики акустического поля излучения - акустическую мощность и звуковое давление.  [9]

Изменение расстояния между пьезоизлучателем и пьезоприемни-ком осуществляется асинхронным электродвигателем.  [11]

Пьезо-микрофон был неподвижным, пьезоизлучатель мог перемещаться относительно пьезомикрофона на 30 мм.  [13]

Радиоимпульсы генератора поступают на пьезоизлучатель 2, где преобразуются в ультразвуковые колебания. Ультразвуковые колебания, прошедшие через эмульсии, преобразуются пьезоприемником в радиоимпульсы, которые поступают на вход импульсного приемника п далее, через калиброванный аттенюатор, на осциллограф.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Ультразвуковая мембрана 20 мм для увлажнителя, с наклоном излучателя

 

Наклонная ультразвуковая мембрана 20 мм 1,7 МГц для увлажнителя воздуха.

Код мембраны: M20A001.

Этот пьезоэлемент для ремонта увлажнителя воздуха имеет особенность - мембрана установлена не горизонтально, а под небольшим углом.

Этот пьезоизлучатель отличается от самой распростаненной мембраны M20A000 только уплпотнительным кольцом, которое позволяет установить мембрану под небольшим углом. Для этого в уплотнителе предусмотрена специальная наклонная канавка, в которую вставляется керамическая мембрана. Более высокая цена этого излучателя получается из-за маленького спроса на этот тип мембраны, она используется всего в нескольких увлажнителях, в результате чего приходится покупать небольшие партии этого товара, которые не предполагают хороших оптовых скидок.

Поэтому, если уплотнитель старой мембраны сохранил форму и эластичность, то можно сэкономить, купитв более дешевую мембрану M20A000 и переставить керамичский пьезоизлучатель. Но будьде осторожны, при перестановке керамической ультразвуковой пластины есть риск сломать это хрупкое изделие или повредить уплотнитель. Утраивший со веменем эластичность старый уплотнитель может не обеспечить герметичность, а проникновение воды внутрь увлажнителя выведет его из строя. Оцените состояние материала старой детали и взвесив все "за" и "против" сделайте свой выбор. Если вы оставили старый уплотнитель, обязательно очень тщательно отмойте его от всякого рода загрязнений, особенно от твердых известковых отложений. Остатки грязи и пониженная эластичность могут сократить срок службы новой мембраны.

Лучне один раз увидеть, чем сто раз услышать, говорит нам пословица, поэтому, для легкого, правильного и быстрого выбора нужной вам запасной части сайт poleznayashtuka.ru предоставляет большое количество фотографий, снятых с разных ракурсов и снабженных пояснительными надписями и другой полезной информвцией.

Если провода вышедшей из строя мембраны были с разъемом, хорошим решением будет отрезать эти провода вместе с разъемом и припаять к проводам новой мембраны. Перепаивать провода на самом пьезоэлементе можно, но не рекомендуется, т.к. при недостаточном опыте, можно повредить металлическое напыление на керамике и испортить излучатель. Хорошим решением будет вовсе отказаться от разъема и припаять провода нового пьезоизлучателя непосредственно на плату генератора.

Технические параметры ультразвуковой мембраны диаметром 20 мм с расположением пьезоизлучателя под углом.

Параметр

Значение

по данным производителя

Примечание

русский язык английский язык
Размер Size Диаметр 20 мм, толщина 1,2 мм Соответствует
Резонансная частота Resonant frequency 1,70 +/- 0,05 МГц  
Резонансное сопротивление Resonant impedance <= 2 Ом  
Коэффициент связи Coupling coefficient >= 0,45  
Емкость Static capacity 1500 пФ +/- 20%  
Срок службы Life time 5000 часов Скорее всего, значение дано для лабораторных условий (чистая вода и т.п.), по факту, около 3000 часов
       
     

Значение
(для справки) 
найдено в Интернете

 
 
Распыляемый объем (производтельность) Spray volume 400 мл/ч Скорее всего, значение дано для точной настройки генератора на резонансную частоту конкретного пьезоэлемента. При замене мембраны, такая настройка, как правило, не производится, поэтому, после ремонта, производительность от 320 до 380 мл/ч
Высота уплотнителя   6,3 мм +/- 0,5 мм  
Диаметр уплотнителя   25 мм +/- 1,0 мм  

Мембрана увлажнителя воздуха 25 мм увлажнителя воздуха

Сменная мембрана 25 мм для увлажнителя воздуха. Подходит для всех моделей увлажнителей воздуха, в которых используются мембраны диаметром 25 мм.

Технические параметры

Параметр

Значение

русский язык

английский язык

Размер

Size

        Диаметр 25 мм, толщина 1.2 мм         

Резонансная частота

Resonant Frequency

1,70 МГц

Резонансное сопротивление

Resonant Impedance

< 2 Ом

Коэффициент связи

Coupling coefficient

> 52 %

Емкость

Electrostatic capacity

1800 пФ

Распыляемый объем (производтельность)     

Spray volume                          

400 мл/ч

Размер мембраны с уплотнительным кольцом на 5мм больше в диаметре


Видео-инструкция по замене мембраны увлажнителя воздуха

Рекомендуем при замене пьезоэлемента (мембраны) заменить и высокочастотный транзистор типа BU406, который можно приобрести по ссылке.

Почему стоит выбрать нас

Мы работаем быстро         

Заказав товар сейчас, сегодня посылка будет отправлена Вам, а получить товар Вы сможете в течение 1-2 дней в ближайшем отделении Новая почта, Мист экспресс. Все заказы, оформленные до 18 часов, отправляются в день заказа.

Выгодные цены         

Мы предлагаем качественные товары по оптимальной цене.

Гарантии

Все товары новые, а качество товаров подтверждается гарантией от 1 до 12 месяцев.

Безопасность

Вы можете оплатить товар при получении, тщательно проверив и ничем не рискуя.

 

- ультразвуковой излучатель для увлажнителя воздуха;
- ультразвуковой элемент для увлажнителя воздуха;
- ультразвуковая мембрана для увлажнителя воздуха;
- ультразвуковая пластина для увлажнителя воздуха;
- испаритель керамический для ультразвукового увлажнителя воздуха;
- распылитель керамический для ультразвукового увлажнителя воздуха;
- ультразвуковой пьезоэлемент для увлажнителя воздуха;
- пьезоизлучатель для ультразвукового увлажнителя воздуха

Как проверить ультразвуковой излучатель тестером

Проверка ультразвуковой ванны или мойки – необходимость, с которой сталкиваются все. Неважно где это происходит на производстве или дома, и на каком этапе возникает необходимость проверки. Ультразвуковые ванны и мойки проверяются везде, начиная с этапа их производства и заканчивая текущей эксплуатацией. Сегодня мы подробно рассмотрим вопрос о том, как проверить ультразвуковую ванну или мойку.

Когда и зачем проверяют ультразвуковые ванны и мойки

Ультразвуковые ванны и мойки проверяют на этапах:

  • производство УЗ оборудования;
  • ОТК на производстве;
  • на этапе приемки;
  • эксплуатационные проверки во время работы;
  • в случае возникновения неисправностей в работе.

Чуть подробнее об этапах. Проверка во время изготовления необходима для понимания того, что оборудование нормально функционирует. После этого мойку передают в отдел технического контроля, который проверяет параметры работы и функционал. После этого оборудование готово к отгрузке. На этапе приемки (получения товара) существует целесообразность проверки, поскольку транспортная компания могла не бережно отнестись к транспортировке и повредить товар. УЗ мойку нельзя ронять или бить, она может выйти из строя. Необходимость эксплуатационной проверки обусловлена следующими причинами:

  • могут выйти из строя часть излучателей, визуально и на слух может быть не понятно работают ли они;
  • в ходе эксплуатации соединение излучателя и поверхности внутренней емкости пострадало, излучатель неплотно прилегает и общее КПД может упасть практически до 0.

Когда возникла неисправность в работе УЗ мойку или ванну необходимо первично проверять перед отправкой специалисту, особенно если гарантий срок уже закончился.

Методы проверки ультразвуковой ванны или мойки

В одной из наших статей мы говорили о типовых неисправностях УЗ оборудования и о том, как их решить. Акцентировать внимание на особых тонкостях мы в этой статье не будем их можно прочесть здесь, а рассмотрим лишь базовую проверку, которая доступна каждому.

Существует два вида проверки:

  • проверка электрической части;
  • проверка работы ультразвука.

В проверке электрической части мы ограничены способами и методами, поскольку Ваша новая мойка находится на гарантии и лезть внутрь ее не рекомендуется, поскольку это приведет к потере гарантии. В оборудовании, у которого уже нет гарантии, можно проверить и внутренность. Поэтому новое оборудование мы можем проверить только мультиметром. Проверке подвергается кабель питания на прозвонку и наличие / отсутствие обрыва. Так же мы можем проверить предохранитель, прозвонив его. Если все хорошо, то оборудование можно подключать.

При проверке работы ультразвука существует два общедоступных способа или метода. К ним относятся:

  • проверка ультразвуковой мойки или ванны при помощи фольги;
  • проверка суспензией.

О них подробно далее.

Проверка ультразвуковой мойки или ванны при помощи фольги

Этот метод широко распространен среди всех владельцев ввиду своей простоты и доступности. Для этого нам потребуется обычная фольга, которая есть в каждом продовольственном магазине.

Алгоритм проверки работы ультразвука фольгой:

  1. В УЗВ необходимо налить обычной воды согласно инструкции.
  2. Включить работу ультразвука на время не более 1 минуты (больше нам и не потребуется).
  3. Взять кусок фольги размером с внутреннюю емкость либо приготовить несколько квадратиков 10 на 10 сантиметров для проверки каждого излучателя в отдельности.
  4. Далее опускаем фольгу в середину емкости. С первых секунд работы на фольге начнут появляться маленькие дырки. Значит УЗ работает, если их нет значит не работает.

Качество работы излучателей определяется временем появления дырок на фольге. Если спустя секунд 10-20 после начала, дырок не появилось, значит общий КПД снизился.

Проверка ультразвуковой мойки или ванны суспензией

Данный метод так же обладает большой доступностью, но для его применения потребуется наличие мелких не растворимых объектов. К таким можно смело отнести мелкую металлическую стружку черных или цветных металлов, подобное. Наша задача создать взвесь она же суспензия.

Алгоритм проверки работы ультразвука суспензией:

  1. Наливаем воду согласно инструкции.
  2. Добавляем нашу «стружку» равномерно распределяя ее по дну мойки.
  3. Запускаем УЗ в работу максимум на 1 минуту и смотрим, что происходит. Стружка должна подняться со дна над каждым излучателем и распределиться где-то в средней области жидкости а так же по всему объему. Важно! Момент распределения в средней части и/или равномерное распределение по всему объему может и не произойти! Данное явление тесно связано с весом частиц, чем они легче, тем лучше. Главное чтоб Вы наблюдали движение в месте расположения излучателей.

Что делать если ультразвуковая ванна или мойка не прошла проверку

Если какой-то вариант проверки не был пройден, Вам необходимо связаться с изготовителем Вашего оборудования, описать ситуацию и получить от него рекомендации или руководства к действию. В подавляющем большинстве случаев все заканчивается отправкой оборудования на ремонт по гарантии. Вышеописанные два метода проверки дают практически 100% гарантию получения достоверной информации о работоспособности.

В ситуациях, когда гарантийный срок закончился вариантов не много: пытаться решить проблему самому либо искать специалиста. Обратите внимание, что хороший изготовитель всегда занимается ремонтом своего оборудования, причем не только по гарантии, у него есть ОТК и штат специалистов. Это поможет Вам отсеять перекупщиков и сомнительные магазины. При самостоятельном ремонте у Вас должны быть хотя бы базовые познания в электронике, без них решить проблемы не удастся, можно сделать только хуже. Поэтому мы рекомендуем обращаться всегда к специалистам.

В заключение хочется сказать следующее. Мы рассказали, как правильно проверить ультразвуковую ванну или мойку. Качество УЗО важно и им пренебрегать не стоит! УЗ от Титан Ультрасоник имеют все сертификаты, проходят ОТК, а гарантийное и послегарантийное обслуживание выполняется на высоком уровне. Выбирайте проверенных поставщиков.

Проверка ультразвуковой ванны или мойки – необходимость, с которой сталкиваются все. Неважно где это происходит на производстве или дома, и на каком этапе возникает необходимость проверки. Ультразвуковые ванны и мойки проверяются везде, начиная с этапа их производства и заканчивая текущей эксплуатацией. Сегодня мы подробно рассмотрим вопрос о том, как проверить ультразвуковую ванну или мойку.

Когда и зачем проверяют ультразвуковые ванны и мойки

Ультразвуковые ванны и мойки проверяют на этапах:

  • производство УЗ оборудования;
  • ОТК на производстве;
  • на этапе приемки;
  • эксплуатационные проверки во время работы;
  • в случае возникновения неисправностей в работе.

Чуть подробнее об этапах. Проверка во время изготовления необходима для понимания того, что оборудование нормально функционирует. После этого мойку передают в отдел технического контроля, который проверяет параметры работы и функционал. После этого оборудование готово к отгрузке. На этапе приемки (получения товара) существует целесообразность проверки, поскольку транспортная компания могла не бережно отнестись к транспортировке и повредить товар. УЗ мойку нельзя ронять или бить, она может выйти из строя. Необходимость эксплуатационной проверки обусловлена следующими причинами:

  • могут выйти из строя часть излучателей, визуально и на слух может быть не понятно работают ли они;
  • в ходе эксплуатации соединение излучателя и поверхности внутренней емкости пострадало, излучатель неплотно прилегает и общее КПД может упасть практически до 0.

Когда возникла неисправность в работе УЗ мойку или ванну необходимо первично проверять перед отправкой специалисту, особенно если гарантий срок уже закончился.

Методы проверки ультразвуковой ванны или мойки

В одной из наших статей мы говорили о типовых неисправностях УЗ оборудования и о том, как их решить. Акцентировать внимание на особых тонкостях мы в этой статье не будем их можно прочесть здесь, а рассмотрим лишь базовую проверку, которая доступна каждому.

Существует два вида проверки:

  • проверка электрической части;
  • проверка работы ультразвука.

В проверке электрической части мы ограничены способами и методами, поскольку Ваша новая мойка находится на гарантии и лезть внутрь ее не рекомендуется, поскольку это приведет к потере гарантии. В оборудовании, у которого уже нет гарантии, можно проверить и внутренность. Поэтому новое оборудование мы можем проверить только мультиметром. Проверке подвергается кабель питания на прозвонку и наличие / отсутствие обрыва. Так же мы можем проверить предохранитель, прозвонив его. Если все хорошо, то оборудование можно подключать.

При проверке работы ультразвука существует два общедоступных способа или метода. К ним относятся:

  • проверка ультразвуковой мойки или ванны при помощи фольги;
  • проверка суспензией.

О них подробно далее.

Проверка ультразвуковой мойки или ванны при помощи фольги

Этот метод широко распространен среди всех владельцев ввиду своей простоты и доступности. Для этого нам потребуется обычная фольга, которая есть в каждом продовольственном магазине.

Алгоритм проверки работы ультразвука фольгой:

  1. В УЗВ необходимо налить обычной воды согласно инструкции.
  2. Включить работу ультразвука на время не более 1 минуты (больше нам и не потребуется).
  3. Взять кусок фольги размером с внутреннюю емкость либо приготовить несколько квадратиков 10 на 10 сантиметров для проверки каждого излучателя в отдельности.
  4. Далее опускаем фольгу в середину емкости. С первых секунд работы на фольге начнут появляться маленькие дырки. Значит УЗ работает, если их нет значит не работает.

Качество работы излучателей определяется временем появления дырок на фольге. Если спустя секунд 10-20 после начала, дырок не появилось, значит общий КПД снизился.

Проверка ультразвуковой мойки или ванны суспензией

Данный метод так же обладает большой доступностью, но для его применения потребуется наличие мелких не растворимых объектов. К таким можно смело отнести мелкую металлическую стружку черных или цветных металлов, подобное. Наша задача создать взвесь она же суспензия.

Алгоритм проверки работы ультразвука суспензией:

  1. Наливаем воду согласно инструкции.
  2. Добавляем нашу «стружку» равномерно распределяя ее по дну мойки.
  3. Запускаем УЗ в работу максимум на 1 минуту и смотрим, что происходит. Стружка должна подняться со дна над каждым излучателем и распределиться где-то в средней области жидкости а так же по всему объему. Важно! Момент распределения в средней части и/или равномерное распределение по всему объему может и не произойти! Данное явление тесно связано с весом частиц, чем они легче, тем лучше. Главное чтоб Вы наблюдали движение в месте расположения излучателей.

Что делать если ультразвуковая ванна или мойка не прошла проверку

Если какой-то вариант проверки не был пройден, Вам необходимо связаться с изготовителем Вашего оборудования, описать ситуацию и получить от него рекомендации или руководства к действию. В подавляющем большинстве случаев все заканчивается отправкой оборудования на ремонт по гарантии. Вышеописанные два метода проверки дают практически 100% гарантию получения достоверной информации о работоспособности.

В ситуациях, когда гарантийный срок закончился вариантов не много: пытаться решить проблему самому либо искать специалиста. Обратите внимание, что хороший изготовитель всегда занимается ремонтом своего оборудования, причем не только по гарантии, у него есть ОТК и штат специалистов. Это поможет Вам отсеять перекупщиков и сомнительные магазины. При самостоятельном ремонте у Вас должны быть хотя бы базовые познания в электронике, без них решить проблемы не удастся, можно сделать только хуже. Поэтому мы рекомендуем обращаться всегда к специалистам.

В заключение хочется сказать следующее. Мы рассказали, как правильно проверить ультразвуковую ванну или мойку. Качество УЗО важно и им пренебрегать не стоит! УЗ от Титан Ультрасоник имеют все сертификаты, проходят ОТК, а гарантийное и послегарантийное обслуживание выполняется на высоком уровне. Выбирайте проверенных поставщиков.

Ультразвуковые стиральные машины – что это?

Общие сведения

Многим известно применение ультразвука при очистке различных поверхностей. Например, в промышленности для этого используются так называемые ультразвуковые ванны. Для бытового применения в отечественных торговых сетях появились ультразвуковые стиральные машины (УЗСМ). По словам производителей, эти УЗСМ не только могут стирать белье, но и дезинфицировать его.

Попробуем разобраться, так ли это.

Как отмечают производители, процесс стирки УЗСМ происходит под воздействием кавитации.

Примечание. Кавитация (от латинского cavitas — пустота) — образование в жидкости полостей (пузырьков), заполненных газом, паром или их смесью. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении ее скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупариода разрежения (акустическая кавитация).

Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырек захлопывается, формируя при этом ударную волну.

Негативное воздействие подобного явления хорошо знакомо, например, транспортникам и гидроэнергетикам — кавитация разрушает гребные винты судов и гидротурбин.

Начнем с того, что ультразвук без образования кавитационных пузырьков работает в жидкости, как ОЧЕНЬ плохая «мешалка» (на самом деле эксперименты показали, что ультразвук «стирает» белье очень плохо даже в условиях развитой кавитации). Дело в том, что действие кавитации (применительно к УЗСМ кавитация выполняет «стирающее», вымывающее или перемешивающее действие) наиболее активно проявляется только в дистиллированной воде.

Даже небольшие добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ), а к ним относится и стиральный порошок, значительно снижают интенсивность этого действия. Учитывая то, что мощность ультразвукового излучения УЗСМ очень мала (единицы Ватт), действие кавитации на процесс «стирки» так незначительно, что им вообще можно пренебречь.

Хочется отметить, что волновое сопротивление белья в воде сравнимо с самой водой (как таковая граница волнового раздела «белье-вода» отсутствует), следовательно, белье будет колебаться с той же амплитудой, что и вода.

Коэффициент затухания ультразвуковых волн в белье составляет 30. 60 дБ/м. Таким образом. какое-то ощутимое воздействие излучения УЗСМ на белье может происходить только на очень небольшом расстоянии (несколько сантиметров).

Но и это не самое главное — сам процесс стирки основан на вымывании грязи из белья. Для этого частица грязи должна хотя бы выйти за пределы ткани. Поскольку белье и прилегающий к нему слой воды под воздействием ультразвука колеблются синфазно (вследствие отсутствия границы раздела двух сред), то относительного перемещения белья и грязи не происходит. следовательно, нет и вымывания грязи.

Поэтому белье стирается ТОЛЬКО за счет пассивного перемешивания в жидкости раствора ПАВ.

В заключение отметим, что если при обычной стирке (замачивании) пользоваться качественным стиральным порошком, эффект будет тот же, что и применение УЗСМ в этом же растворе.

Как говорится, комментарии излишни.

А теперь рассмотрим, что же внутри этого «чуда техники» — УЗСМ.

Описание принципиальной схемы

В торговых сетях нашей страны можно найти несколько типов УЗСМ со схожими характеристиками. Остановимся на одной из них.

Принципиальная схема одного из вариантов УЗСМ приведена на рис. 1.

Из схемы видно, что основа машины — однокаскадный автогенератор, частота генерации которого определяется в основном параметрами пьезоэлемента (ультразвукового излучателя).

Генератор питается нестабилизированным напряжением 14В. Примечательно, что на выходе сетевого выпрямителя устройства отсутствует фильтрующий электролитический конденсатор, следовательно, автогенератор питается пульсирующим напряжением.

Нужно отметить, что в последнее время в отдельных типах УЗСМ на выходе выпрямителя устанавливается фильтрующий электролитический конденсатор небольшой емкости.

Перечислим основные элементы, входящие в состав этого устройства:

  • L1,L2 — согласующие дроссели;
  • С1 R2 — цепь обратной связи автогенератора;
  • VD5, VD6, RЗ — элементы цепи индикации работоспособности генератора;
  • R1 — резистор смещения;
  • VT1 — транзистор автогенератора;
  • BF1 — пьезоэлемент (излучатель).

Эта схема достаточно проста, поэтому не нуждается в подробном описании.

Отметим лишь, что подобный генератор критичен к низкому питающему напряжению. Если оно становится меньше 11. 12 В, что соответствует сетевому напряжению менее 190 В, генератор просто не будет запускаться.

Форма сигнала на излучателе показана на рис. 2.

Рис. 2 Форма сигнала на излучателе УСЗМ

Из него видно, что сигнал представляет собой пачки, заполнение которых — импульсы частотой около 100 кГц. Частота следования пачек — 100Гц.

Амплитудное значение сигнала на выходе генератора достигает 100 В (при условии, если излучатель погружен в воду). Если излучатель находится в воздухе, напряжение может быть выше.

Как проверить работоспособность УЗСМ по внешним проявлениям

По заявлениям производителей, работоспособность УЗСМ можно проконтролировать по свечению контрольного индикатора. Однако этого бывает недостаточно — например, были зарегистрированы случаи, когда уровень сигнала на пьезоэлементе был значительно ниже нормы (50. 70 В), при этом индикатор светился (естественно, с меньшей интенсивностью).

Проверить работоспособность УЗСМ можно достаточно просто и без использования измерительных приборов — нужно опустить излучатель УЗСМ в воду (машинка должна быть включена) и поместить его максимально близко к поверхности воды. При исправной УЗСМ на поверхности воды (над излучателем) можно наблюдать достаточно заметный (высотой 1. 2 мм) «горб».

Есть еще интересный способ проверки работы УЗСМ — для этого необходимо поместить излучатель в газированную воду. Обильное выделение пузырьков газа на поверхности излучателя свидетельствует о работоспособности машинки.

Возможные неисправности УЗСМ и способы их устранения
УЗСМ не работает (индикатор не светится)

Причин подобного дефекта может быть несколько. Наиболее частой является обрыв в цепи излучателя. Это бывает вызвано тем, что по тем или иным причинам, на одной из сторон кристалла излучателя отслаивается серебряное напыление. Естественно, при отсутствии контакта с пьезоэлементом автогенератор перестает работать, транзистор VT1 открывается, сильно перегревается и часто выходит из строя (бывает даже, что разрушается его корпус). Как говорится, причина одна, а последствия совсем другие.

Многие ремонтники в подобной ситуации начинают искать замену транзистору и пьезоэлементу. Что касается последнего, найти ему достойную замену достаточно трудно. Проблема усугубляется тем, что достать его из корпуса достаточно проблематично — пьезоэлемент в подобных случаях обычно разламывается, так как он чрезвычайно хрупок, да к тому же залит герметиком.

Внешний вид излучателя показан на рис. 3.

Рис. 3 Излучатель УСЗМ

Если нет возможности найти аналогичный излучатель, при подборе альтернативной замены следует учесть следующие моменты:

  • резонансная частота пьезоэлемента должна быть около 100 кГц;
  • размеры пьезоэлемента должны быть соизмеримы с оригинальным (например, в рассматриваемой модели УЗСМ диаметр диска пьезоэлемента составляет около 25 мм, а толщина — 1 мм). Особое внимание здесь следует обратить на то, чтобы толщина пьезоэлемента не была более 1,5 мм, в противном случае автогенератор УЗСМ не будет запускаться.

После установки аналога пьезоэлемента (автором использовались элементы, выполненные из титаната бария отечественного производства), автогенератор может не заработать. В этом случае можно восстановить генерацию подбором номинала резистора R1, а также элементов цепи обратной связи R2 С1.

Если запустить автогенератор все равно не удается, нужно искать более точный аналог пьезоэлемента.

Что же касается замены транзистора VT1, то наиболее удачным аналогом является 2N5551 в корпусе ТО-92 (температура его корпуса после установки в УЗСМ не должна превышать 50 °С).

Приведем основные параметры этого транзистора: Vсео = 160 В, Bсbо = 180 В, Iс = 600 мА, Р= 625 мВт, h21Е = 250, Fт = 300 МГц.

Тип оригинального транзистора выяснить не удалось, так как во всех рассматриваемых экземплярах УЗСМ на его корпусе была удалена маркировка.

В процессе подбора аналогов прошли испытания более 50 типов транзисторов как отечественного, так и зарубежного производства. В большинстве случаев при работе УЗСМ транзисторы сильно нагревались (более 70 °С). Вероятно это было вызвано низкими значениями таких параметров, как Fт (менее 50 МГц), Iс (менее 300 мА) или Р (менее 400 мВт).

Еще одним проявлением неправильной работы УЗСМ при установке некоторых типов транзисторов являлось низкое напряжение, которое выделялось автогенератором на выводах пьезоэлемента (50. 70 В). Это напряжение удавалось увеличить, изменив номинал резистора R1 (до 200 кОм) — но это приводило к чрезмерному разогреву корпуса транзистора. Причина — малое значение h21Е(50. 100) транзистора.

Если автогенератор вовсе не запускался (как, например, при установке транзистора КТ940А), то это было также вызвано низким значением статического коэффициента передачи тока h21Е (менее 50).

Также следует отметить одну распространенную причину отказа УЗСМ, вызванную проникновением воды внутрь корпуса ультразвукового излучателя. Для устранения подобного дефекта необходимо вскрыть корпус излучателя (разъединить его на две половинки) и тщательно высушить всю внутреннюю поверхность. Затем по всему периметру внутренней стороны крышки корпуса (где установлен пьезоэлемент) удаляют на 2. 3 мм герметик. После этого в образовавшуюся канавку заливают новый герметик (подойдет силиконовый автогерметик, используемый для ремонта системы охлаждения).

В заключение, склеивают половинки корпуса «суперклеем».

Индикатор УЗСМ светится с малой интенсивностью. Уровень сигнала на выводах пьезоэлемента менее 50В (частота генерации более 300 кГц), транзистор VT1 сильно нагревается

Причина подобного дефекта вызвана отказом пьезоэлемента — его необходимо заменить.

Подробнее список неисправностей УЗСМ приводить не имеет смысла, так как они легко локализуются, например, при отказах сетевого трансформатора, выпрямителя и др.

Всего хорошего, пишите to Elremont © 2007

Пьезоэлектрические преобразователи воздуха

Передатчик, приемник или блоки передатчика / приемника (защитный кожух)
Частота сигнала 25 кГц, 40 кГц и 300 кГц

  • высокая чувствительность
  • отличное звуковое давление
  • низкая стоимость
  • Диаметр от 10 мм до 25 мм
  • Доступно
  • подходящих пар
  • Приветствуются
  • нестандартных спецификаций
  • по конкурентоспособной цене
  • быстрая доставка
Типичные области применения пьезоэлектрических преобразователей
  • автомобильные датчики
  • датчики приближения
  • детекторы объектов
  • датчики уровня
  • пульты дистанционного управления
  • датчики движения / охранная сигнализация
  • средства защиты от вредителей
  • игрушки / игры

Наши датчики воздуха состоят из пьезоэлектрического керамического элемента, установленного в алюминиевом, пластиковом или экологическом (герметичном) корпусе.Эти пьезоэлектрические преобразователи обладают высокой чувствительностью, превосходным уровнем звукового давления (SPL) и стабильными электрическими и механическими характеристиками при выборе полосы пропускания и разной частоты и амплитуды. Преобразователи окружающей среды могут действовать как передатчик и приемник; или отдельный передатчик или приемник.

Справочная информация об ультразвуковых преобразователях воздуха

Услуги по индивидуальному проектированию и проектированию пьезоэлектрических ультразвуковых преобразователей воздуха

Мы можем разработать датчики воздуха по индивидуальному заказу в соответствии с уникальными требованиями и электрическими свойствами.Если необходимая вам конструкция не указана здесь, обратитесь к представителю APCI для обсуждения ваших технических характеристик.

Модуль ультразвукового преобразователя воздуха

APC предлагает модуль ультразвукового датчика воздуха (№ по каталогу 10-3300) для использования вместе с нашим стандартным датчиком воздуха на 300 кГц (№ по каталогу 10-3310). Модуль датчика воздуха APC может использоваться для измерения на короткие расстояния, обнаружения близких объектов и измерения уровня. Для получения более подробной информации просмотрите спецификацию продукта.

Стандартные ультразвуковые преобразователи воздуха и модули

Перечисленные ниже модели соответствуют требованиям RoHS.
Другие блоки доступны по запросу - спрашивайте.
Для получения данных по конкретной единице щелкните ссылку PDF.

APCI
Каталожный номер
Центр /
Резонанс
Частота
(кГц)

Преобразователь

/ Получатель

Выходное звуковое давление
(при 10 В)
(дБ)
Чувствительность
(дБ)
Полоса пропускания
(-6 дБ)
(кГц)
Наружный
Диаметр
(мм)
Корпус
10-3210 Модуль сонара 40 кГц (50-1500 см) Спецификация
10-3240 Модуль сонара 40 кГц (25-150 см) Спецификация
10-3300 Модуль преобразователя воздуха, 300 кГц, с платой драйвера и преобразователем Спецификация
10-1011 25 ± 1 т > 112 4.0 16,0 Алюминий Спецификация
10-1016 25 ± 1 R ≥-65 3,5 16,0 Алюминий Спецификация
10-1036 40 ± 1 т > 112 4,0 10.0 Алюминий Спецификация
10-1041 40 ± 1 R ≥ -69 2,0 10,0 Алюминий Спецификация
10-1061 40 ± 1 т > 115 4,0 12,7 Алюминий Спецификация
10-1066 40 ± 1 R ≥-67 2.0 12,7 Алюминий Спецификация
10-1096 40 ± 1 т > 119 4,0 16,0 Алюминий Спецификация
10-1101 40 ± 1 R ≥-65 3,5 16.0 Алюминий Спецификация
10-1106 40 ± 1 т > 119 4,0 16,1 Пластик Спецификация
10-3066 40 ± 1 R ≥-70 3,0 9,7 Пластик Спецификация
10-3111 40 ± 1 т > 112 2.5 9,7 Пластик Спецификация
10-3041 40 ± 1 т / р > 103 > 78 1,0 14,0 Пластик Спецификация
10-3005 40 ± 1 т / р > 110 ≥ -68 2,0 9.7 Алюминий Спецификация
10-3133 40 ± 1 т / р > 102 ≥78 3,0 9,2 Нержавеющая сталь Спецификация
10-3155 40 ± 1 т / р > 115 ≥ -68 2,0 12,7 Алюминий Спецификация
10-3165 40 ± 1 т / р > 117 ≥-65 2.0 16,2 Алюминий Спецификация
10-3170 40 ± 1 т / р > 117 ≥-65 2,0 16,2 Пластик Спецификация
10-3136 40 ± 1 т / р > 108 ≥-75 2,0 18.1 Окружающая среда Спецификация
10-3235 40 ± 1 т / р > 113 ≥ -72 2,0 25,1 Окружающая среда Спецификация
10-3310 300 См. Спецификацию 9,8 Пластик Спецификация
На заказ Значения определяются клиентом и APC International

Введение в ультразвуковые драйверы

Ультразвуковые приложения

Применения ультразвуковой техники можно условно разделить на две категории: считывание и приведение в действие.Приложения для зондирования включают ультразвуковую визуализацию, сонар и обнаружение жидкостей. Эти приложения, которые не рассматриваются в этом руководстве, обычно требуют как передачи, так и приема импульсов. В отличие от этого, тема этого руководства - приложения срабатывания, которые требуют непрерывной или полунепрерывной генерации мощной ультразвуковой вибрации. Приложения включают:

  • Медицинские приборы, такие как скальпели и стоматологические инструменты
  • Инструмент для обработки, сверления и резки
  • Сварка пластмасс и металлов
  • Ультразвуковая очистка
  • Обработка ультразвуком для перемешивания жидкостей и химических реакций

Ультразвуковые приводы

Наиболее распространенным типом ультразвукового исполнительного механизма является датчик Ланжевена с болтовым зажимом, показанный на рисунке ниже.Эти приводы состоят из пьезоэлектрических дисков, зажатых между металлическими электродами. Центральный болт предварительно нагружает конструкцию сжимающей силой, достаточной для предотвращения растягивающих усилий во время работы. Центральное отверстие с резьбой также используется для установки преобразователя на нагрузку или концентрирующий рупор.

Преобразователь Ланжевена с болтовым зажимом и двумя пьезоэлектрическими слоями (www.mmech.com)

Когда к пьезоэлектрическим слоям прикладывается напряжение, в вертикальном направлении создается пропорциональная сила, которая смещает два металлических конца.При установке на поверхность поведение преобразователя Ланжевена можно представить с помощью системы с сосредоточенными параметрами, показанной ниже. В этой модели $ F $ представляет пьезоэлектрическую силу, $ k $ - жесткость пьезоэлектрических слоев, параллельных болту предварительного натяга, а $ C $ - вязкое демпфирование системы. Эта система имеет резонансную частоту:
$$ f_ {1} = \ frac {1} {2 \ pi} \ sqrt {\ frac {k} {M}} $$

Механическая модель, показывающая эквивалентную массу, жесткость $ k $, диссипацию $ C $ и силу $ F $.{2} _ {1}} $$
где $ x $ - смещение, $ \ alpha $ - чувствительность преобразователя, $ Q $ - добротность, а $ \ omega_ {1} = 2 \ pi f_ {1} $ - резонансная частота. Добротность $ Q $ определяет полосу пропускания системы и коэффициент усиления при резонансе относительно статического смещения. Добротность связана с механической диссипацией $ C $ уравнением:
$$ Q = \ sqrt {Mk} / C $$
Чувствительность при резонансе приблизительно равна $ G (j \ omega_ {1} = \ alpha Q = \ alpha \ sqrt {Mk} / C) $.То есть более высокие механические потери $ C $ уменьшают добротность и амплитуду колебаний при резонансе.

Когда преобразователь подключен к механической нагрузке, рассеивание $ C $ становится суммой рассеяния внутреннего привода и рассеивания механической нагрузки $ C_ {ext} $, которое представляет реальную механическую мощность, передаваемую нагрузке. Большинство ультразвуковых приводов сконструированы таким образом, что в рассеянии преобладает внешняя работа, передаваемая нагрузке. Поскольку смещение при резонансе обратно пропорционально диссипации $ C $, большие изменения амплитуды вибрации могут быть результатом изменения рассеиваемой мощности нагрузки.

Электрический и механический отклик ультразвукового преобразователя.

Резонансная модель серии

В электрическом отклике преобладает минимум импеданса в $ f_ {s} $, известный как последовательный резонанс, который приблизительно равен частоте механического резонанса $ f_ {1} \ приблизительно f_ {s} $. Вблизи резонансной частоты ультразвуковой привод можно адекватно смоделировать как последовательную эквивалентную схему, показанную ниже, известную как модель Баттерворта Ван-Дайка.Эта модель включает электрическую часть, которая представляет емкость преобразователя, и эквивалентную схему, которая представляет механический отклик преобразователя. Соотношение между электрическими и механическими величинами:

  • Напряжение $ V $ пропорционально силе $ F $
  • Ток $ I_ {m} $ пропорционален скорости $ \ dot {x} $
  • Индуктивность $ L_ {1} $ пропорциональна массе $ M $
  • Сопротивление $ R_ {1} $ пропорционально рассеиваемой энергии $ C $
  • Емкость $ C_ {1} $ обратно пропорциональна жесткости $ k $
Последовательная эквивалентная схема

действительна вблизи резонансной частоты последовательного соединения.{2} _ {rms} R_ {1} $$
Следует отметить, что сопротивление $ R_ {1} $ пропорционально диссипации, которая включает внутреннюю и внешнюю диссипацию. Могут происходить большие колебания амплитуды и мощности при относительно небольших изменениях механического рассеяния. Например, рассмотрим ультразвуковой преобразователь, управляемый напряжением, с сопротивлением нагрузки $ R_ {1} = 20 \ Omega $. Если система приводится в действие в резонансе и нагрузка снимается, эквивалентное сопротивление может уменьшиться до 2 $ \ Omega $, что увеличит рассеиваемую мощность в 10 раз; кроме того, это рассеяние мощности будет происходить в исполнительном механизме в виде тепла.

В режиме последовательного резонанса напряжение пропорционально развиваемой силе, а ток пропорционален скорости. Следовательно, возбуждение постоянным током обеспечивает приблизительно постоянную амплитуду колебаний. В приводах большой мощности прямая реализация источника постоянного тока менее практична, чем источник напряжения. Однако источник напряжения может быть реализован с регулированием тока нагрузки с обратной связью. Эта тема обсуждается далее в разделе «Управление питанием».

Модель параллельного резонанса

Помимо последовательного резонанса, электрический отклик также демонстрирует максимумы импеданса, известные как параллельный резонанс.При параллельном резонансе эквивалентная схема является двойственной модели Баттерворта Ван-Дайка, как показано ниже. Соотношение между электрическими и механическими величинами:

  • Напряжение $ V_ {m} $ пропорционально скорости $ \ dot {x} $
  • Текущий I $ пропорционален силе
  • $ F $
  • Индуктивность $ L_ {2} $ обратно пропорциональна жесткости $ k $
  • Сопротивление $ R_ {2} $ обратно пропорционально рассеиваемой энергии C

Параллельная эквивалентная схема действительна вблизи частоты параллельного резонанса.

На частоте параллельного резонанса индуктивность находится в резонансе с емкостью преобразователя, и сопротивление снова становится резистивным $ R_ {2} $, однако, с гораздо большим значением, чем $ R_ {1} $. Можно показать, что эффективная добротность параллельного резонанса намного ниже, чем у последовательного резонанса. Причину можно увидеть в механической АЧХ. Частота параллельного резонанса $ f_ {p} $ значительно выше частоты механического резонанса.Можно заметить, что наклон $ \ vert G (j \ omega) \ vert $ намного меньше при $ f_ {p} $, поэтому изменения резонансной частоты и диссипации оказывают гораздо меньшее влияние на амплитуду колебаний. Следовательно, работа при параллельном резонансе хорошо подходит для приложений, где желательна постоянная амплитуда вибрации с пониженной чувствительностью к изменениям резонансной частоты и рассеиванию нагрузки.

Недостатком параллельного резонанса является значительно более высокий рабочий импеданс, который требует более высокого напряжения для достижения одинаковой амплитуды и мощности колебаний.Хотя КПД и максимальная выходная мощность идентичны, более высокое напряжение может потребовать более строгих мер безопасности. Еще одним недостатком является то, что требуются драйверы чистой синусоидальной волны. Любые гармоники в управляющем сигнале будут иметь низкий импеданс, что приведет к протеканию большого реактивного тока.

В режиме параллельного резонанса напряжение пропорционально скорости. Следовательно, привод постоянного напряжения обеспечивает приблизительно постоянную амплитуду колебаний.

Сравнение последовательностей и параллельных рабочих частот

Рабочие характеристики последовательной и параллельной резонансных частот сравниваются в таблице ниже.Хотя обе конфигурации обеспечивают одинаковую выходную мощность, последовательный резонанс требует более низкого напряжения, но приводит к более высокому тепловыделению в приводе. Параллельный резонанс обеспечивает постоянную амплитуду вибрации с возбуждением напряжением и меньшим нагревом привода, но требует более высокого рабочего напряжения и синусоидального драйвера.

Сравнение условий последовательного и параллельного резонанса с примерными величинами.

Отслеживание резонанса

Важной функцией ультразвукового драйвера является обнаружение и отслеживание желаемой резонансной частоты.Быстрая переходная характеристика желательна, чтобы минимизировать задержку запуска и компенсировать быстрые изменения нагрузки во время работы. Поскольку большинство ультразвуковых систем не имеют прямого доступа к измерению вибрации, отслеживание резонанса выполняется с использованием электрического импеданса. Что касается графика электрического импеданса, резонансную частоту можно отслеживать, просто изменяя частоту возбуждения, чтобы максимизировать величину тока. Или, при работе в параллельном резонансе, минимизируя величину тока.Недостатком этого метода является нулевой наклон величины импеданса в резонансе, поэтому чувствительность минимальна в желаемой рабочей точке. В результате такой подход приводит к большим отклонениям частоты и медленному отклику. Кроме того, этому методу мешают изменения рассеиваемой нагрузки, которые естественным образом изменяют величину тока. Несмотря на недостатки, этот метод прост в реализации и может подходить для приложений со стабильными условиями нагрузки.

Отслеживание фазы - это альтернативный метод, при котором частота возбуждения изменяется для приведения фазы импеданса к нулю, что происходит в обоих условиях резонанса.Этот метод требует более сложного контроллера, но он значительно быстрее и точнее, чем другие методы, поскольку наклон фазовой кривой максимален на обеих резонансных частотах.

Дополнительным соображением при отслеживании фазы является выбор уставки фазы. Его можно выбрать для работы немного выше или ниже резонанса, что может обеспечить более высокую устойчивость к изменениям нагрузки за счет электрического КПД. Кроме того, системы с низким коэффициентом качества могут иметь фазовые характеристики, отличные от нуля при резонансе, особенно для параллельного резонанса.В таких случаях необходимо выполнить отклик полного сопротивления, чтобы определить желаемую рабочую точку.

Пример реализации управления фазой в драйвере PDUS210 описан на схеме ниже. Фазовый детектор используется для измерения фазового угла импеданса нагрузки по первичному напряжению и току. Фазовый контроллер $ C _ {\ theta} (s) $ регулирует фазу нагрузки до заданного значения $ \ theta_ {ref} $, управляя частотой синусоидального генератора.

Контур фазового регулирования в драйвере PDUS210.

Контроль амплитуды вибрации

Для достижения постоянной амплитуды вибрации преобразователь может приводиться в действие постоянным напряжением на параллельной резонансной частоте или постоянным током на последовательной резонансной частоте.

В приложениях с большой мощностью постоянный ток достигается с помощью контура обратной связи, показанного ниже. В этом режиме основной задачей является регулирование тока с последующим отслеживанием фазы.

Контур управления током в драйвере PDUS210.

Контроль мощности

При работе с постоянной амплитудой вибрации нет контроля над тем, сколько мощности рассеивается датчиком или передается на нагрузку. Однако драйверы, такие как PDUS210, позволяют устанавливать ограничения на максимальную мощность независимо от рабочего режима.

Во многих приложениях желательно напрямую регулировать мощность нагрузки, поскольку это пропорционально таким соображениям, как нагрев детали и кавитация. Как показано на схеме ниже, контур управления мощностью изменяет напряжение возбуждения для поддержания постоянной мощности нагрузки.В таких приложениях, как ультразвуковая обработка, когда инструмент периодически входит и выходит из контакта с обрабатываемой деталью, контур управления мощностью лучше всего отключать, пока инструмент не нагружен. Регулировка мощности наиболее эффективно сочетается с возбуждением постоянным током при работе в последовательном резонансе или возбуждением постоянным напряжением при работе в параллельном резонансе.

Контур управления фазой и мощностью в драйвере PDUS210.

Третий вариант управления мощностью - регулирование величины тока до заданного значения.Это полезно в приложениях с последовательным резонансом, поскольку ток пропорционален скорости.

Выбор диапазона напряжения

PDUS210 доступен в диапазонах напряжений от 17 В до 282 В, что соответствует импедансу от 1,5 $ \ Omega $ до 400 $ \ Omega $. Оптимальный выбор определяется импедансом преобразователя при резонансе и выбором последовательного или параллельного резонанса.

Первым шагом является измерение импеданса преобразователя при последовательном и параллельном резонансах.Это можно сделать с помощью анализатора импеданса или просто генератора сигналов и осциллографа. Если возможно, эти испытания следует проводить на умеренной мощности как в условиях минимальной, так и максимальной нагрузки. Заполните значения в таблице ниже:

Таблица рабочего сопротивления при резонансе.

Резонанс серии
Для работы в режиме последовательного резонанса наиболее подходящий усилитель имеет оптимальное сопротивление, которое близко или немного превышает полное сопротивление при полной нагрузке.{2} _ {rms} R_ {1, max} $$, где $ I_ {rms} $ - максимальный ток драйвера.

Параллельный резонанс
Для работы в режиме параллельного резонанса наиболее подходящий усилитель имеет оптимальное сопротивление, которое близко или немного меньше полного сопротивления при полной нагрузке. {2} _ {rms}} { R_ {2, min}} $$, где $ V_ {rms} $ - максимальное напряжение драйвера.

Пользовательский диапазон напряжения
Пользовательские диапазоны напряжения и оптимальные импедансы доступны для обеспечения максимальной мощности для определенных преобразователей.

Ультразвуковой преобразователь - Boston Piezo-Optics Inc.

Ультразвуковые преобразователи


Boston Piezo-Optics - крупный поставщик кристаллов преобразователей для производителей преобразователей. BPO не производит ультразвуковые преобразователи в сборе.

Ультразвуковой преобразователь - чрезвычайно важная и важная часть любого ультразвукового исследования.Выбор подходящего преобразователя для конкретного применения является наиболее важным. Факторы, включая условия и настройки прибора, свойства материалов и условия соединения, также будут влиять на результаты испытаний. Преобразователи можно выбрать по чувствительности или разрешению. Чувствительность определяется как способность преобразователя обнаруживать небольшие дефекты в материалах. Разрешение - это способность преобразователя разделять сигналы, создаваемые двумя отражателями, когда они расположены близко друг к другу либо перпендикулярно лучу, либо параллельно лучу.Преобразователь с высокой степенью демпфирования помогает сократить отраженный импульс, позволяя преобразователю устранять близко расположенные дефекты. Производители преобразователей могут предоставить преобразователи с фокусировкой для повышения чувствительности и разрешения, а также большой выбор поляризованных керамических композиций, монокристаллов, полимеров и пьезокомпозитных материалов для изменения характеристик преобразователя.

Ультразвуковой преобразователь

Звук, который генерируется выше диапазона человеческого слуха, называется ультразвуком.Хотя ультразвук обычно начинается с 20 кГц, большинство ультразвуковых преобразователей начинают с 200 кГц. Ультразвук, который по своей природе похож на слышимый звук, имеет гораздо более короткие длины волн и гораздо больше подходит для обнаружения небольших дефектов. Эти более короткие длины волн делают ультразвуковые и ультразвуковые преобразователи чрезвычайно полезными для неразрушающего контроля и измерения материалов.

Ультразвуковой преобразователь - это устройство, способное генерировать и принимать ультразвуковые колебания.Ультразвуковой преобразователь состоит из активного элемента, основы и изнашиваемой пластины. Активный элемент представляет собой пьезоэлектрический или монокристаллический материал, преобразующий электрическую энергию в энергию ультразвука. Затем он также получает обратно ультразвуковую энергию и преобразует ее в электрическую. Импульс электрической энергии генерируется таким прибором, как дефектоскоп.

Подложка чаще всего представляет собой очень плотный материал с высоким коэффициентом затухания и используется для управления вибрацией кристалла преобразователя путем поглощения энергии, которая излучается с задней стороны пьезоэлектрического элемента.Когда акустический импеданс материала основы совпадает с акустическим сопротивлением пьезоэлектрического кристалла, в результате получается преобразователь с сильным демпфированием и отличным разрешением. При изменении материала подложки для изменения разницы в импедансе между подложкой и пьезоэлектрическим кристаллом преобразователь может несколько пострадать, а разрешение может быть намного выше по амплитуде или чувствительности сигнала.

Основное назначение изнашиваемой пластины - просто защитить элемент пьезоэлектрического преобразователя от окружающей среды.Пластины износа выбираются для защиты от износа и коррозии. В преобразователе погружного типа изнашиваемая пластина также служит акустическим преобразователем между элементом пьезоэлектрического преобразователя и водой, клином или линией задержки.

Звуковое поле

Звуковое поле преобразователя состоит из двух отдельных зон. Эти зоны называются ближним полем, то есть областью непосредственно перед преобразователем, и дальним полем, которое представляет собой область за буквой «N», где давление звукового поля постепенно падает до нуля.Из-за вариаций ближнего поля может быть очень сложно точно измерить и оценить дефекты.

Расстояние в ближней зоне зависит от частоты преобразователя, диаметра элемента и скорости звука в исследуемом материале, как показано в следующем уравнении:

N = D 2 / 4c

Звуковой луч

Есть несколько параметров звукового поля, которые очень полезны при описании характеристик ультразвукового преобразователя.Знание фокусного расстояния, ширины луча и фокусной зоны может потребоваться, чтобы определить, подходит ли конкретный преобразователь для применения.

Одна из причин, по которой фокусировка увеличивает чувствительность преобразователя, заключается в том, что она приводит к уменьшению диаметра звукового луча. Это означает, что небольшой дефект будет отражать большую часть передаваемой звуковой энергии. Диаметр пучка эхо-импульса -6 дБ в фокусе можно рассчитать с помощью следующего уравнения:

BD (= 6 дБ) = 1.028 Fc / fD

BD = Диаметр луча F = Фокусное расстояние

Начальная и конечная точки фокальной зоны расположены там, где амплитуда осевого эхо-импульса падает до -6 дБ от амплитуды фокальной точки. Длину фокальной зоны можно рассчитать по следующему уравнению:

Fz = NS 2 F [2 / (1 + .5S F )]

Все преобразователи имеют разброс луча, и учет разброса луча важен при проверке дефектов, которые могут быть близки к определенным геометрическим характеристикам исследуемого материала.К этим особенностям относятся боковые стенки и углы, которые могут вызывать ложное эхо, которое можно принять за дефекты или дефекты.

Для плоских преобразователей угол распространения эхо-импульсного луча -6 дБ хорошо определен и определяется уравнением:

Sin (α / 2) = 0,514c / fD

Из этого уравнения видно, что разброс луча в преобразователе можно уменьшить, выбрав преобразователь с более высокой частотой или большим диаметром, или и то, и другое.

Типы преобразователей

Прямолучевые контактные преобразователи

являются наиболее распространенными и часто используемыми для введения продольных волн в материал.Кроме того, с использованием специальных элементов могут быть изготовлены поперечные волны нормального падения или комбинация преобразователей продольных / поперечных волн. Этот тип преобразователя используется в непосредственном контакте с исследуемым материалом, поэтому для него требуется износостойкая пластина повышенной прочности.

Преобразователи углового луча

используют основной принцип преломления и преобразования мод для создания преломленных поперечных или продольных волн в исследуемом материале. Угол падения, необходимый для создания желаемой преломленной волны, рассчитывается по закону Снеллиуса.

Следующая формула может использоваться для расчета угла клина (Q1), необходимого для создания желаемой моды и угла преломления (Q2) в испытуемом материале.

Sin Ø 1 / Sin Ø 2 = V 1 / V 2

Ø 1 = угол клина

Ø 2 = угол преломленной волны в исследуемом материале

V 1 = Продольная скорость материала клина

В 2 = Скорость материала, проверяемого для желаемого режима

В двухэлементных датчиках

используются отдельные элементы для передачи и приема ультразвуковых сигналов.Элементы обычно разрезаются под углом и устанавливаются на линиях задержки. Это помогает улучшить разрешение вблизи поверхности, а конструкция поперечного луча также помогает создать фокус, который делает двухэлементные преобразователи более чувствительными к эхо-сигналам от нерегулярных дефектов, вызванных коррозией и питтингом.

Погружные преобразователи

имеют ряд преимуществ перед преобразователями контактного типа. Во-первых, их равномерное соединение снижает вариации чувствительности. Во-вторых, иммерсионные преобразователи обеспечивают повышенную скорость благодаря возможности выполнять автоматическое сканирование.В-третьих, фокусировка иммерсионных преобразователей увеличивает чувствительность к мелким дефектам. Иммерсионные преобразователи доступны в несфокусированной, сферически сфокусированной и цилиндрической конфигурациях. Несфокусированный иммерсионный преобразователь используется для общих применений при измерении толстых материалов. Датчик со сферической фокусировкой улучшит чувствительность к мелким дефектам и дефектам. Преобразователь с цилиндрической фокусировкой обычно используется при измерении сырья для труб. Диапазон фокусных расстояний для сферического или цилиндрического преобразователя ограничен ближним полем преобразователя и обычно составляет максимум 0.8N.

Ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи для интеллектуальных датчиков движения и звука

Пьезоэлектрические преобразователи основаны на электрокерамических материалах, которые преобразуют механическую энергию в электрическую и наоборот. Есть два эффекта: при приложении силы генерируется электрический заряд (прямой пьезоэффект), а при приложении электрического поля происходит изменение размеров (обратный пьезоэффект). В то время как обратный пьезоэффект может использоваться для приложений управления движением, прямой пьезоэффект или комбинация обоих эффектов подходит для изготовления датчиков.

Нет износа

Пьезоэффект основан исключительно на перемещениях внутри кристаллической решетки пьезоэлемента и не подвержен механическому трению или износу. Кроме того, он очень чувствителен - малейшие деформации вызывают измеримое смещение заряда, а потенциальные изменения величиной в микровольтах могут вызывать субнанометрическое движение - в конце концов, атомно-силовые микроскопы используют пьезоэффект. Это открывает множество потенциальных приложений, включая ультразвуковые датчики, датчики силы или ускорения, а также сложные адаптивные системы.

Генерация и обнаружение ультразвука, например, является классическим приложением пьезоэлементов, потому что напряжение переменного тока заставляет пьезоэлементы колебаться. Возможны частоты колебаний до 20 МГц. Ультразвук - это звук, превышающий диапазон слышимости человека, обычно начинающийся с частот выше 20 кГц. Этот частотный диапазон используется для многих целей в промышленности, медицинской технике и исследованиях. Приложения ультразвукового пьезопреобразователя включают измерение расстояния, распознавание объектов, измерение уровня заполнения или расхода, испытания материалов с высоким разрешением, а также медицинскую диагностику и терапию.

Гибкость по частоте и геометрии

Чтобы адаптировать датчики к различным приложениям, производителям необходимо иметь возможность изменять состав пьезоэлементов и механическую конструкцию - начиная с пьезопорошка и сохраняя полный контроль над всеми этапами производства, позволяя создавать полностью индивидуализированные компоненты, узлы и системы. Существует две основных классификации: сенсорные приложения для частот до 20 МГц и мощный ультразвук с гораздо более высокой плотностью энергии.

С мощным ультразвуком пьезоэлементы выполняют значительную механическую работу - например, дробят камни в почках или удаляют зубной налет, обеспечивают механическую энергию для ванн ультразвуковой очистки, а также для промышленной сварки и склеивания. Типичные частоты мощного ультразвука составляют от 20 до 3000 кГц.

Рис. 1: Разнообразие стандартных элементов пьезопреобразователя, каждый из которых подходит для конкретного применения: трубки, диски, гибочные устройства, преобразователи сдвига или трансляторы.

В дополнение к выбору материала для соответствующего применения может быть реализовано большое разнообразие геометрий и резонансных частот (Рис. 1). Для эффективной работы производителя комплектного оборудования стандартные компоненты, такие как пьезокерамические кольца, пьезотрубки и срезные элементы, необходимо иметь в наличии или предоставлять в кратчайшие сроки на основе полуфабрикатов.

Для измерения расхода, уровня наполнения, силы или ускорения индивидуальные компоненты датчика должны быть легко интегрированы в соответствующее приложение.

Измерение уровня

Ультразвуковые пьезопреобразователи обычно используются для измерения уровня заполнения (рис. 2). Здесь измерение задержки ультразвука использует как прямой, так и обратный пьезоэффект. Пьезоэлектрический преобразователь размещается за пределами обнаруживаемой среды и работает как передатчик и приемник. Он излучает ультразвуковой импульс, который отражается наполнителем. Время распространения - это мера расстояния, пройденного в пустой части контейнера, и обратно пропорциональна уровню заполнения.Этот принцип позволяет проводить бесконтактные измерения как жидкостей, так и твердых веществ, например, в бункерах для пищевых продуктов или материалов. Точность зависит от отражательной способности соответствующей поверхности.

Рис. 2: Измерение уровня заполнения - типичное приложение для оценки времени распространения.

Пьезоэлементы, размещенные на разной высоте в погружных преобразователях или камертонных датчиках, также могут использоваться в качестве реле уровня в контейнерах (рис. 3). Пьезопреобразователи возбуждают камертон на собственной частоте.

Когда он входит в контакт со средой, возникающий сдвиг резонансной частоты регистрируется электронной схемой. Этот метод очень надежен и полностью не зависит от типа наполнителя.

Рис. 3: Пример камертона с пьезоэлектрическим возбуждением для реле уровня заполнения.

Обнаружение пузырьков воздуха и измерение расхода

При мониторинге систем дозирования и наполнения часто необходимо обеспечить непрерывный поток без пузырьков воздуха или газа.Это особенно важно в высокочувствительных медицинских приложениях, таких как диализ или переливание крови. Это достигается с помощью ультразвуковых детекторов пузырьков. Пьезоэлементы в этих датчиках служат для генерации и обнаружения ультразвуковых волн. Датчики устанавливаются снаружи трубок и работают без контакта с транспортируемой средой. Это не влияет на скорость потока и опасность загрязнения.

Аналогичные преимущества имеют измерение расхода.Это основано на разнице во времени при попеременной передаче и приеме ультразвуковых импульсов в направлении потока и против него (рис. 4).

Рис. 4: Обнаружение пузырьков - ультразвуковое измерение расхода основано на попеременной передаче и приеме
ультразвуковых импульсов в направлении потока и в противоположном направлении.

Здесь два пьезопреобразователя, работающие как передатчик, так и как приемник, расположены по диагонали к направлению потока. При использовании принципов эффекта Доплера оценивается фазовый и частотный сдвиг ультразвуковых волн, которые рассеиваются или отражаются жидкими частицами.Сдвиг частоты между отраженной волной, излучаемой спереди и принимаемой одним и тем же пьезоэлектрическим преобразователем пропорционален скорости потока.

Датчики ускорения

Пьезоэлектрические датчики ускорения работают на более низких частотах, чем большинство ультразвуковых преобразователей. В их основе лежит пьезоэлемент, связанный с инертной сейсмической массой. Когда происходит ускорение, инертная масса усиливает механическую деформацию пьезодиска, увеличивая измеряемое электрическое напряжение, создаваемое пьезоэффектом.

Эти высокодинамичные датчики обнаруживают ускорения в широком диапазоне частот с почти линейной характеристикой во всем диапазоне измерений. Они обеспечивают высокое разрешение и доступны для сил растяжения, давления и сдвига.

Технология адаптивных систем

С патч-преобразователем DuraAct (рис. 5), разработанным Physik Instrumente (PI), теперь коммерчески доступно очень универсальное пьезоэлектрическое устройство, которое находит применение в промышленности и исследованиях.Тонкие и легкие преобразователи могут быть интегрированы в конструкцию или просто приклеены к поверхности. Особый метод изготовления делает керамику чрезвычайно гибкой, что позволяет прикреплять ее к движущимся конструкциям, где она деформируется и тем самым генерирует перенос заряда.

Рис. 5: Датчик, привод или оба: пьезоэлементы DuraAct.

В технологии адаптивных систем изгибаемый преобразователь используется как в качестве датчика, так и в качестве исполнительного механизма. Эти системы измеряют мешающие вибрации и одновременно компенсируют их.Другое приложение - мониторинг состояния конструкций - включает создание вибраций и измерение их распространения через твердые конструкции. Измененный характер колебаний показывает разрушения конструкции еще до возникновения трещин, например, в деталях машин, мостах и ​​крыльях самолетов.

В основе преобразователя лежит пьезокерамическая пленка с электропроводящим слоем, нанесенным на каждую сторону. Затем эта конструкция заделывается в гибкую полимерную ленту. У этой конструкции множество преимуществ: пьезокерамика электрически изолирована, механически предварительно нагружена, а из в основном хрупкой керамики создается блок, который настолько прочен, что может быть прикреплен к поверхностям с радиусом изгиба всего 20 мм ( Инжир.6).

Рис. 6. Радиусы изгиба до 20 мм могут быть легко достигнуты с помощью патч-преобразователей DuraAct.

Преобразователи для гидроакустики и сонара

Гидролокатор (звуковая навигация и определение дальности) является морским аналогом радара; однако он заменяет радиоволны звуковыми волнами, что объясняет, почему его иногда также называют эхолотом. Здесь используются мощные пьезопреобразователи для генерации ультразвуковых звуковых волн, которые отражаются от рыбы, предметов, судов или дна океана.Опять же, электроника преобразует задержанные сигналы в такую ​​информацию, как расстояние, размер и форма. Помимо измерительных приложений, гидроакустические пьезопреобразователи также могут использоваться для подводной связи. Здесь используется разнообразный диапазон пьезоэлементов, с компактными дисками или пластинами в нижней части спектра, а также уложенная друг на друга пьезокерамика и полные массивы преобразователей для высокопроизводительных приложений.

Рис. 7: Гидроакустический пьезопреобразователь
для гидролокаторов.

Универсальность

Пьезокерамические преобразователи

, используемые в ультразвуковых датчиках и устройствах питания, становятся все более важными для выполнения критических механических операций, таких как медицинская техника, сварка, а также измерения расхода и уровня. Они доказали свою универсальность в широком спектре приложений. По мере того, как исследования пьезоизлучения расширяют формы, размеры, возможности и ассортимент пьезокомпонентов, они будут продолжать расширять возможности использования пьезо-ультразвука в различных отраслях промышленности.

Об авторах

Франк Мёллер - менеджер по продажам в PI Ceramic, в Ледерхозе, Германия. Он имеет степень магистра физики и 25-летний опыт работы в области производства пьезокерамики и электрокерамики.

Стефан Ворндран - вице-президент по маркетингу и тактической инженерии в PI (Physik Instrumente) LP. Он имеет степень магистра в области электротехники и обладает более чем 25-летним опытом работы с приложениями для нанопозиционирования и пьезодвижения.

Как они работают и как их моделировать

В этом сообщении блога мы обсуждаем, как работают ультразвуковые датчики и как вибрирующий пьезоэлектрический диск генерирует ультразвуковые волны.Мы также включили интерактивную демонстрацию, чтобы показать вам, как моделировать ультразвуковой датчик в OnScale с помощью анализа методом конечных элементов. Ультразвуковой датчик - это система, которая может излучать и принимать ультразвуковые волны. Обычно он используется для определения расстояния до объекта и от него. Он также принадлежит к семейству «преобразователей», поскольку генерирует ультразвуковые волны из переменного напряжения. Таким образом, он преобразует электрическую энергию в акустическую.

Вот пример датчика ультразвуковых волн:

Как работает ультразвуковой датчик?

Давайте посмотрим на механизм «генерации волн», лежащий в основе этого датчика.

Принцип этого датчика прост:

  1. Диск, изготовленный из пьезоэлектрического материала PZT, колеблется при приложении определенного напряжения и генерирует ультразвуковые волны из излучателя
  2. Когда эти волны встречаются с объектом, они возвращаются к датчику рецептора
  3. Расстояние между датчиком и объектом рассчитывается с использованием простого соотношения d = (v * t) / 2

Примечание: ½ возникает из-за того, что волна распространяется вперед и назад.

Как вибрирующий пьезоэлектрический диск генерирует ультразвуковые волны?

Каждый материал состоит из элементарных «кристаллов». Эти кристаллы состоят из атомов, которые расположены определенным образом и имеют разные положительные или отрицательные заряды.

Некоторые материалы имеют кристаллическую структуру, более чувствительную к электрическому полю, чем другие, и вибрируют под действием напряжения, зависящего от времени. Именно в этих кристаллах пьезоэлектрический эффект наиболее важен.В пьезоэлектрических кристаллах , таких как кварц, турмалин и соль Рошеля, кристалл имеет гексагональную форму с обоих концов. Он имеет три оси: оптическую ось, электрическую ось , ось и механическую ось. Когда давление или механическая сила прикладываются вдоль оси поляризации пьезоэлектрических кристаллов, они производят электричество.

Как имитировать ультразвуковой датчик?

Для моделирования ультразвукового датчика в 2D или 3D требуется программное обеспечение, которое может правильно обрабатывать двустороннюю связь между напряжением, механической деформацией и акустической волной.OnScale может сделать это, полностью взаимодействуя с этими тремя видами физики. Другое преимущество OnScale заключается в том, что наш основной решатель является нелинейным явным решателем. Все сигналы, которые вы вводите и рассчитываете с помощью OnScale, являются сигналами временной истории, что означает, что они очень близки к тому, что вы действительно можете наблюдать на осциллографе во время физического эксперимента. OnScale также может рассчитывать импеданс и частотные сигналы с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Полностью связанный мультифизический решатель позволяет выполнять гораздо более быстрые вычисления и моделирование гораздо более крупных задач. Это становится очень актуальным при моделировании ультразвуковых датчиков.

Моделирование ультразвукового датчика, погруженного в воду

Рассмотрим трехмерное моделирование простого преобразователя, погруженного в воду. Граничные условия симметрии используются для упрощения геометрии САПР и размера модели, чтобы сократить время решения. Преобразователь приводится в действие электрической нагрузкой, приложенной к пьезокерамическому материалу.

Модель CAD была создана в Onshape и позволяет настраивать следующие проектные переменные. По умолчанию толщина пьезоэлектрического элемента, радиус пьезоэлектрического элемента и соответствующая толщина слоя добавляются в качестве переменных конфигурации для быстрого доступа через панель конфигурации в Onshape.

Эту модель можно скачать здесь

Результаты

Из этой модели мы можем получить все следующие выходные результаты:

  • Электрическое сопротивление
  • Формы колебаний (гармонический анализ) базовой конструкции
  • Максимальное акустическое давление

Интерактивное руководство по процессу моделирования

Мы создали простой интерактивный интерфейс, который позволяет новым пользователям OnScale узнать, как имитировать этот ультразвуковой датчик.

В этой интерактивной демонстрации вы узнаете:

1- Как импортировать модель САПР

2- Как назначить напряжение нагрузки

3- Как смоделировать эту модель с помощью OnScale в облаке

Если вы заинтересованы в том, чтобы следовать нашим подробным руководствам, ознакомьтесь с нашими учебными пособиями для дизайнеров здесь.

Если у вас есть какие-либо особые модели или симуляции, которые вы хотите выполнить, не стесняйтесь обращаться к нам здесь или дайте нам знать в разделе комментариев этого блога!


Пьезоэлектрические ультразвуковые датчики | Фарнелл Великобритания

MCUSD18A40S09RS-30C

2362680

Ультразвуковой датчик, трансивер, диаметр 18 мм, 40 кГц, -75 дБ, алюминий, серебро, от -40 ° C до 85 ° C

МУЛЬТИКОМП

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 110 ° 40 кГц 18мм -75 дБ -40 ° С 85 ° С -
MCUSD11A400B11RS

2362691

Ультразвуковой датчик, трансивер, диаметр 11 мм, 400 кГц, алюминий, черный, от -20 ° C до 80 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 7 ° 400 кГц 11мм - -20 ° С 80 ° С -
MCUSD16P40B12RO

2362676

Ультразвуковой датчик, трансивер, диаметр 16 мм, 40 кГц, -74 дБ, пластик, черный, от -30 ° C до 85 ° C

МУЛЬТИКОМП

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 50 ° 40 кГц 16мм -74 дБ -30 ° С 85 ° С -
MCUSD14A40S09RS-30C

2362678

Ультразвуковой датчик, трансивер, диаметр 14 мм, IP67, 40 кГц, -75 дБ, алюминий, серебро, от -40 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 100 ° 40 кГц 14мм -75 дБ -40 ° С 85 ° С -
MCUST16A40S12RO

2362669

Ультразвуковой датчик, передатчик, диаметр 16 мм, 40 кГц, алюминий, серебро, от -35 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 50 ° 40 кГц 16мм - -35 ° С 85 ° С -
M2313500

1774944

Преобразователь, ультразвуковая вибрационная микронасадка, распыление, 143 кГц

PROWAVE

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - - 143 кГц - - - - -
MCUSD16A40S12RO

2362677

Ультразвуковой датчик, трансивер, диаметр 16 мм, 40 кГц, -74 дБ, алюминий, серебро, от -30 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

0.7м 18м 50 ° 40 кГц 16мм -65 дБ -30 ° С 85 ° С -
MA40S4R

1777668

Ультразвуковой датчик, приемник, серия MA40, 9.Диаметр 9 мм, 40 кГц, -63 дБ, от -40 ° C до 85 ° C

МУРАТА

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

200 мм 80 ° 40 кГц 9.9мм -63 дБ -40 ° С 85 ° С MA40 серии
MA40S4S

1777667

Ультразвуковой датчик, передатчик, серия MA40, диаметр 9,9 мм, 40 кГц, -63 дБ, от -40 ° C до 85 ° C

МУРАТА

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

200 мм 80 ° 40 кГц 9.9мм -63 дБ -40 ° С 85 ° С MA40 серии
UC2000-30GM-IU-R2-V15

7098030

Ультразвуковой датчик приближения, 2 м, цилиндрический, из нержавеющей стали, аналоговый выход

PEPPERL + FUCHS

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

80 мм - 180 кГц - - -25 ° С 70 ° С -
MCUST10P40B07RO

2362667

Ультразвуковой датчик, передатчик, диаметр 10 мм, 40 кГц, пластик, черный, от -35 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 50 ° 40 кГц 10мм - -35 ° С 85 ° С -
MCUSD18A40B12RS

2362681

Ультразвуковой датчик, трансивер, диаметр 18 мм, 40 кГц, -75 дБ, алюминий, черный, от -30 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 80 ° 40 кГц 18мм -75 дБ -30 ° С 85 ° С -
MCUSD14A48S09RS-30C

2362682

Ультразвуковой датчик, приемопередатчик, диаметр 14 мм, 48 кГц, -90 дБ, алюминий, серебро, от -40 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 110 ° 48 кГц 14мм -90 дБ -40 ° С 85 ° С -
NBL20602S

3228917

ДАТЧИК LANGEVIN, 60КГЦ, 20ММ, 3.7 Вт

КЕМЕТ

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - - 60 кГц 20мм - -40 ° С 120 ° С Серия NBL
MCUSR16A39S12RO

2362670

Ультразвуковой датчик, приемник, диаметр 16 мм, 39 кГц, -65 дБ, алюминий, серебро, от -35 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 50 ° 39 кГц 16мм -65 дБ -35 ° С 85 ° С -
MCUSD25P200B10.7RS-30C

2362686

Ультразвуковой датчик, приемопередатчик, диаметр 25 мм, 200 кГц, пластик, черный, от -20 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 14 ° 200 кГц 25мм - -20 ° С 85 ° С -
MCUSR18A40B12RS

2362675

Ультразвуковой датчик, приемник, диаметр 18 мм, 40 кГц, -74 дБ, алюминий, черный, от -40 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 80 ° 40 кГц 18мм -74 дБ -40 ° С 85 ° С -
MCUSR10P40B07RO

2362668

Ультразвуковой датчик, приемник, диаметр 10 мм, 38.3 кГц, -70 дБ, пластик, черный, от -35 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 50 ° 38.3 кГц 10мм -70 дБ -35 ° С 85 ° С -
MCUSD17.5A48S11RS-30C

2362683

Ультразвуковой датчик, приемопередатчик, диаметр 17,5 мм, 48 кГц, -75 дБ, алюминий, серебро, от -40 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 100 ° 48 кГц 17.5мм -75 дБ -40 ° С 85 ° С -
NBL45402H-A

3228919

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ LANGEVIN, 40,2 КГЦ, 45 ММ, 50 Вт

КЕМЕТ

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - - 40.2 кГц 45мм - -40 ° С 120 ° С Серия NBL
MCUSD14A40S09RS

2362679

Ультразвуковой датчик, трансивер, диаметр 14 мм, 40 кГц, -75 дБ, алюминий, серебро, от -40 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 110 ° 40 кГц 14мм -75 дБ -40 ° С 85 ° С -
MCUSD40A100B17RS-70C

2362687

Ультразвуковой датчик, приемопередатчик, диаметр 40 мм, 100 кГц, алюминий, черный, от -20 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 9 ° 100 кГц 40мм - -20 ° С 85 ° С -
MCUST18A40B12RS

2362674

Ультразвуковой датчик, передатчик, диаметр 18 мм, 40 кГц, алюминий, черный, от -40 ° C до 85 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 80 ° 40 кГц 18мм - -40 ° С 85 ° С -
NBL15602S

3228916

ДАТЧИК LANGEVIN, 60КГЦ, 15ММ, 2.5 Вт

КЕМЕТ

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - - 60 кГц 15мм - -40 ° С 120 ° С Серия NBL
MCUSD19A200B11RS

2362689

Ультразвуковой датчик, приемопередатчик, диаметр 19 мм, 200 кГц, алюминий, черный, от -20 ° C до 80 ° C

MULTICOMP

Каждый

Запрещенный товар

Минимальный заказ от 1 шт. Только кратное 1 Пожалуйста, введите действительное количество

Добавлять

Мин .: 1 Mult: 1

- - 7 ° 200 кГц 19мм - -20 ° С 80 ° С -

6 лучших проектов ультразвуковых схем для любителей и инженеров

В посте обсуждаются 6 очень полезных, но простых проектов схем ультразвукового передатчика и приемника, которые можно использовать для многих важных приложений, таких как ультразвуковое дистанционное управление, охранная сигнализация, электронные дверные замки и т. Д. и для прослушивания частот в ультразвуковом диапазоне, которые обычно не слышны человеческим ухом.

Введение

Многие коммерческие ультразвуковые устройства работают с заданной частотой и используют преобразователи, которые работают на пике или резонируют на определенной частоте. Ограниченная полоса пропускания и цена большинства таких преобразователей делают их непригодными для хобби и домашних хозяйств.

Но на самом деле это не проблема, поскольку практически любой пьезоэлектрический динамик можно использовать как ультразвуковой преобразователь для обоих, в виде устройства вывода передатчика, а также в качестве датчика приемника.

Хотя эффективность пьезо-динамиков нельзя сравнивать с эффективностью специализированного промышленного преобразователя, в качестве хобби и забавного проекта они могут отлично работать. Устройство, которое мы использовали с описанными ниже схемами, представляло собой 33/4-дюймовый пьезо-твитер, который можно купить в большинстве интернет-магазинов.

1) Простейший ультразвуковой генератор

Рис.1 Этот простой ультразвуковой генератор
может быть сконструирован без особого труда
и очень быстро.

Наша самая первая схема, показанная на приведенном выше рисунке, представляет собой ультразвуковой генератор, который использует хорошо известный таймер 555 IC в цепи мультивибратора с нестабильной регулируемой частотой.Конструкция выдает прямоугольный сигнал, который работает с R2 для настройки в диапазоне частот от 12 кГц до более 50 кГц.

Этот частотный диапазон можно легко настроить, изменив номинал конденсатора C1; использование меньшего значения приведет к увеличению диапазона, в то время как большее значение сделает диапазон намного меньше.

2) Ультразвуковой генератор с фиксированным рабочим циклом 50%

Следующий ультразвуковой генератор, показанный на приведенном выше рис. 2, использует 6 буферных затворов одиночной ИС инвертирующего буфера КМОП-матрицы 4049.

Можно увидеть пару буферов, U1a и U1b, присоединенными к цепи нестабильного генератора с переменной частотой, имеющей 50% -ный рабочий цикл, прямоугольный выходной сигнал.

Остальные 4 буфера подключены параллельно, чтобы улучшить выходной сигнал через подключенный пьезоэлемент. Этот намного лучший частотный диапазон ультразвукового генератора примерно аналогичен предыдущей версии IC 555. Однако основным преимуществом этой конструкции является ее точный 50% рабочий цикл во всем частотном диапазоне.

Тем не менее, частотный диапазон можно увеличить, уменьшив значение конденсатора C1, а частоту можно уменьшить, используя более высокие значения для C1. Потенциометр 100 кОм вместе с резистором R3 фиксирует выходную частоту.

3) Ультразвуковой генератор с ФАПЧ

Точная и мощная схема ультразвукового генератора с использованием PLL LM567 IC и двухтактного выходного пьезодвигателя

ИС LM567 с фазовой автоподстройкой частоты (PLL) IC используется для генерации ультразвуковой частоты в нашей третьей концепции, что доказано в над рисунком 3.Эта схема обеспечивает ряд функций лучше, чем две предыдущие ультразвуковые концепции.

Во-первых, встроенный в IC 567 генератор разработан для работы в невероятно широком спектре частот, от 1 Гц до 500 кГц. Форма выходного сигнала генератора на выводе 5 демонстрирует выдающуюся симметрию во всем диапазоне рабочих характеристик.

Генератор дополнительно дает увеличенный выходной сигнал по сравнению с двумя другими схемами по той причине, что выходной сигнал очень близко соответствует импедансу пьезо-твитера (SPKR1).

Выходной сигнал схемы можно настроить в диапазоне от 10 кГц до более 100 кГц, используя потенциометр R5. Транзистор Q1 подключен как общий коллектор, чтобы держать выход 567 в стороне, а также управлять схемой выходного усилителя, созданной с использованием транзисторов Q2 и Q3. Схема может быть преобразована в ультразвуковой передатчик непрерывного сигнала, разорвав соединение контакта 7 ИС и вставив ключ переключателя последовательно.

В этом случае вам потребуется какой-либо ультразвуковой приемник, чтобы слышать сигналы; и это именно то, что мы собираемся обсудить в нашей следующей схеме.

4) Схемы ультразвукового приемника

Этот настраиваемый ультразвуковой приемник IC 567 может быть соединен с описанным в
ультразвуковым передатчиком LM 567 для достижения наилучших результатов.

Схема ультразвукового приемника, использующая микросхему 567 PLL с возможностью настройки частоты, показана на приведенной выше диаграмме. Схема настраиваемого генератора IC идентична предыдущей схеме генератора и обрабатывает точно такой же диапазон частот. Светодиод расположен на контакте 8 детектора ИС, который быстро указывает обнаруженные сигналы.

Транзистор Q1 предназначен для усиления мельчайших ультразвуковых сигналов, обнаруживаемых пьезоустройством, и передачи их на систему ФАПЧ.

Как проверить

Чтобы проверить работу ультразвука, включите схему ультразвукового генератора IC 567 и перемещайте пьезоэлектрический преобразователь по всей площади. Начиная с минимальной настройки, постепенно настраивайте R5 до тех пор, пока вы не перестанете ничего слышать из динамика. Это должно зафиксировать выходную частоту схемы примерно на 16 и 20 кГц, в зависимости от чувствительности вашего уха к высокой частоте.

Теперь включите схему ультразвукового приемника и расположите его пьезоэлектрический преобразователь на расстоянии примерно 12 дюймов от динамика генератора, хотя он был направлен в том же направлении. Отрегулируйте приемник через R5, начиная с точки минимальной частоты (которая соответствует максимальному диапазону сопротивления потенциометра), и постепенно увеличивайте частоту до максимума, пока не увидите, что светодиод приемника просто горит.

Если вы видите, что приемник не реагирует на выходные сигналы передатчика, попробуйте точно навести пьезоэлемент приемника на динамик генератора и продолжайте делать это постоянно.Как только приемник обнаружит сигнал и загорится светодиод, отодвиньте два пьезоэлектрических преобразователя Tx / Rx как минимум на десять футов и снова начните точную настройку.

Как только вы обнаружите, что все работает удовлетворительно, вы можете использовать прикрепленный к передатчику телеграфный ключ (опционально на контакте 7) и проверить реакцию светодиода на приемнике.

Светодиод должен реагировать на это миганием в стиле точек и тире, как при нажатии на кнопку телеграфа. Дополнительным применением этого ультразвукового генератора / приемника может быть простой датчик охранной сигнализации.

Подключите реле 5 В к контакту 8 LM567 приемника и положительному полюсу батареи. Разместите пьезоустройства Tx и Rx на расстоянии примерно 30 см друг от друга и сфокусируйте их на одном и том же пути, но на расстоянии от ближайших объектов.

Если человек идет в непосредственной близости от пары динамиков и перед ними, ультразвуковая частота будет отражаться обратно, вызывая включение реле приемника. Выходные контакты реле могут использоваться для включения устройства сигнализации или сирены.

5) Схема высокочувствительного ультразвукового приемника

Последняя конструкция схемы ультразвукового приемника на самом деле представляет собой чрезвычайно чувствительный ультразвуковой приемник, который может легко улавливать практически все, что находится в ультразвуковом диапазоне частот. Вы, возможно, сможете послушать насекомых, сообщения летучих мышей, двигатели и т. Д .; идея также может быть использована в сочетании с описанными выше ультразвуковыми генераторами для разработки высококачественных ультразвуковых систем.

Конструкция работает по принципу прямого преобразования.Транзисторы Q1 и Q2 усиливают ультразвуковые сигналы, обнаруживаемые пьезо-динамиком. Выход коллектора Q2 затем используется для управления входом JFET (Q3), который можно увидеть подключенным как цепь детектора продукта.

Каскад PLL (U1) в этой концепции используется как перестраиваемый гетеродинный генератор, который дополнительно питает вход схемы детектора JFET. Входящий ультразвуковой сигнал комбинируется с частотой гетеродинного генератора, генерируя суммарную и разностную частоты.

Высокочастотный элемент фильтруется через компонентную сеть C3, R8 и C6. Оставшийся низкочастотный выход может поступать через вход аудиоусилителя LM386. К аудиовыходу схемы можно подключить динамик или наушники.

6) Еще одна схема ультразвукового приемника для прослушивания звуков выше 20 кГц

Частотный диапазон обнаружения нашего уха едва достигает частоты 13 кГц. Функция ультразвукового детектора состоит в том, чтобы преодолеть это ограничение, переключая частоту высокочастотных шумов, например свист собак, едва слышные утечки газа, писк летучей мыши и несколько искусственных ультразвуковых звуков, например легкое постукивание по газете.

«Ультразвук», обнаруженный входным преобразователем, усиливается и подается на детектор продукта. Включен нестабильный мультивибратор, поскольку стабильность BFO может не иметь большого значения. В дополнение к необходимому разности сигналов, схема дополнительно генерирует сигнал BFO самостоятельно, а также суммирующую частоту, которая затем завершается внутри фильтра нижних частот с фиксированной частотой 4 кГц.

Полученный здесь сигнал снова усиливается для работы с наушниками.Схема работает примерно с 8 миллиампер, поэтому ее можно легко запитать от сухой батареи на 9 В.

Простой ультразвуковой преобразователь

Это схема генератора, частота которой определяется характеристиками преобразователя. Кривая импеданса преобразователя идентична кристаллу, использующему наименьший последовательный резонанс на частоте 39,8 кГц, сопровождаемый максимально возможным параллельным резонансом, немного превышающим его на частоте 41,5 кГц.

В схеме передатчика пара транзисторов используется для создания неинвертирующего усилителя, в котором положительная обратная связь доставляется через преобразователь R6 и C3.На последовательной резонансной частоте эта особая обратная связь достаточно сильна, чтобы вызвать колебание.

Конденсаторы C1 и C4 запрещают схеме переходить в колебательный режим на третьей гармонике или идентичных обертонах, в то время как C5 используется для переключения последовательного резонансного уровня вверх примерно до 500 Гц для улучшения согласования с приемником.

Приемник

Выходная частота, генерируемая преобразователем, представляет собой переменный ток, который соответствует регистрируемому сигналу (исключительно 40 кГц).Поскольку это очень маленькая величина, она усиливается примерно на 70 дБ через транзисторы Q1 и Q2. Стабилизация по постоянному току каскада Q1 / Q2 фиксируется резисторами R1 и R3, в то время как C1 используется для отключения этого маршрута обратной связи по сигналу A C 40 кГц.

Выход Q2 выпрямляется диодом D1, и напряжение на контакте №2 микросхемы IC1 становится более отрицательным по мере увеличения входного сигнала. Для достаточно мощного входного сигнала усилитель просто ограничивает выходной сигнал, который в ответ на мощные сигналы генерирует прямоугольную волну, перескакивающую через шины питания +/-.

1C1 работает как компаратор и сравнивает напряжение на контакте №2, то есть уровень звука, с опорным напряжением на контакте №3. Пока потенциал контакта №2 ниже, чем контакт 3, то есть при наличии входного сигнала, выход IC1 становится высоким (примерно 10,5 В), что запускает BJT Q3, который, в свою очередь, включает реле.

Противоположное действие происходит, когда на выводе №2 больше напряжения, чем на выводе №3. Небольшое количество положительной обратной связи подается резистором R9 для создания небольшого гистерезиса, который предотвращает срабатывание реле.

В случае замены резистора R9 конденсатором C4 IC1 превращается в моностабильный, что означает, что если входной сигнал доступен только на короткое время, реле, вероятно, отключится примерно через секунду. Если входной сигнал сохраняется более 1 секунды, реле будет оставаться в разомкнутом состоянии в течение периода, эквивалентного отсутствию сигнала.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *