Резонатор /4 (четвертьволновой)

При приложении напряжения к пьезокерамике она деформируется. Однако деформации настолько малы, что приемлемый уровень звукового давления можно обеспечить только путем преобразования акустического импеданса с добавлением согласующего слоя (рис. 2.4).

В таком резонаторе узлы акустической волны лежат в плоскости перехода «пьезокерамика – согласующий слой» (рис. 2.5), а сам согласующий слой толщиной /4 находится снаружи, создавая необходимое акустическое сопротивление. Толщина разделительного слоя рассчитывается таким образом, чтобы она составила ровно четверть длины излучаемой волны. В силу резонансных явлений именно при такой толщине слоя достигается наибольшая амплитуда колебания.

Диаграмма направленности рассматриваемого ультразвукового преобразователя зависит от геометрии излучающей поверхности, ее диаметра и частоты передачи (рис. 2.6).

/4 пьезокерамика согласующий слой
Рис. 2.4 Принцип работы резонатора /4	Рис. 2.5. Максимальные амплитуды и узловые точки волны

Рис. 2.6. Диаграмма направленности ультразвукового преобразователя

Резонатор /4 обладает следующими свойствами:

• высоким акустическим давлением;

• средним временем затухания;

• хорошей диаграммой направленности;

• узкой полосой частот;

• высокими значениями рабочих частот;

• отсутствием подвижных элементов на поверхности.

2.4. Работа ультразвукового датчика в качестве датчика приближения

Для излучения и приема акустических колебаний в ультразвуковом датчике используется один и тот же преобразователь. Поэтому электронная схема датчика поочередно работает и как передатчик, и как приемник (рис. 2.7).

Импульсы ультразвука, передаваемые датчиком в режиме передатчика, отражаются от обнаруживаемого объекта. Отраженный сигнал возвращается к преобразователю датчика, принимается им и преобразуется в пригодный к последующей обработке электрический сигнал. Ультразвуковой датчик позволяет измерить время от момента передачи импульса до его приема (время распространения). Это время прямо пропорционально расстоянию от датчика до объекта и может быть использовано для определения расстояния до объекта.

При работе ультразвукового датчика в переключательном режиме достаточно лишь принять отраженный от объекта сигнал и сформировать из него выходной сигнал необходимой формы и мощности. На рис. 2.8 представлена блок-схема промышленного ультразвукового датчика приближения, чувствительность которого настраивается потенциометром, встроенным в корпус датчика.

отраженный импульс импульс передатчика импульс передатчика ожидание приема период следования импульсов время

Рис. 2.7 - Передаваемый и отраженный импульсы ультразвуковой волны

Рис. 2.8 - Работа ультразвукового датчика в качестве датчика приближения

Фазы передачи и приема акустических импульсов в ультразвуковом датчике должны сменяться в хронологической последовательности. Это обстоятельство должно приниматься во внимание в ближней зоне датчика (рис. 2.9), где он не может обнаружить объект из-за невозможности обеспечить требуемую частоту переключения режима работы ультразвукового преобразователя с передачи на прием и наоборот. Для используемого датчика данная зона составляет h₁ = (0…30) мм. Поэтому для используемого датчика объект должен находиться в зоне обнаружения h₂ = (30…500) мм, в которой переключения выхода датчика могут быть настроены в соответствии с действительным расстоянием до объекта.

Объекты из различных материалов могут быть обнаружены ультразвуковым датчиком, независимо от их геометрии и цвета, твердого, жидкого или сыпучего состояния.

ближняя зона расстояние переключения зона обнаружения объект 0…500 мм 30 мм …500 мм

Рис. 2.9 - Ближняя зона и зона обнаружения датчика