超声波传感器与应用电路.doc

1、趙声波传感器与应用电路3. 6. 6趙声波传感S垢应用电賂轨波传感器可以用来测ft距离，探稳障码物，区分被测物体的大小。1.基*原理尺其分类趙声浚检测装a包含有一个发射器和一个接收器。发射器向外发射-个固定频率的声波 伐人；当遇到障碍物时，声波返回被接收器接收。超声汲探头町由圧电晶片制曲划声波採头既叮以发射超声波也可以接收趙声波。小功 率趙南探头多做探测用，有多种不同的结构40kHz超声波探头如圉2 6. 22所朋.型号为 IXT4b2F (发射器)和TCT402S (接收器九两者外形相同，t)(hS3. 6. 22 TCT40超声S投头外形及符弓超裸头的构成晶片的材料吋以有许名种。晶片的大小

2、如就冷网烁度也各不相同.W此 毎卜探头的性能展不M的-趙禹波传恿赛的主要性能指标如下。(1) I作翔率1：作極率就是压电晶片的共振频率，当加到晶片两端的交流电压的频率利晶片的共旅频 率桐等时，输出的能重最大，灵敏度也最爲，如图1 6. 23所爪，(2) I作温山于压电材料的居里点-般比絞高，特别是诊用超声波探头使用功率转小所以:r作温攬比较低以长时间地工作而不失效.(3)灵敏度灵敏度主要取决于制造晶片本身.机电網合系效大，灵敏度髙；反Z灵壇度低.130It toRO/(M)/ WkKzff 1 3 6. 23 a声波发射的频率特性2乞玄連传的发射/接收电 （1）趙尸波传感辭的发射电路超声波发射

3、电路包括超声波发射器乙okHztfl音頻康荡器、驱动（或澈励）电路有时还包 括编码调制电路设计时应注意以下两点，怦通用的越声披发射器所需电流小有几安到讥安但激励电压要求ft4V以 殺励交潦电压的频*必须灣Sft发射肆屮心频率人上，才能得到高的发射功率和息的效率。vr boj 3 4?,511IDHST401X)图36加 二管成的超声S发射电略图3. 6. 24怡丿所不电路用曲只低频小功率三抵暫2SC9013组成的撮荡签、驰动电路c三 极管VI, fii VI构成两级敘人器乂山）趙，：i波发射器丁的任Fi鴻tr用使这个厭本是 成火器的电弗住成r加荡器同时趙声发射黠可以等效为个岀联10谐抿Mi菇J

4、!仃进频件用; 电跻不需咚调也超尙波发肘器在电路屮同时拘当电能转换为机械能.选频、任反慷“ 务 国:一i2Xh）川用电感取代G）图中的尺.这样对以增丈激励电Jk3-6-25与北门31成的趙*波发射电略滨封人图3. 6- 26555従时#戍&商波发射电路图3. 6. 25中使用与非匚组成了超筋披发射 电路其屮G为驱动器，电陪的振荡频率.八近似 等+1,（22RC）凋制信号由G输人 ffffl36.26所水电路屮555定时務乩/利I久组 成多谐Ite荡器当制信号为高电平时启动扮荡器输出4CkHz的倾率佶号.r5mipT， P*nn10115 TTfffl 3. 6. 3? LMiE12坦成的声波发

5、射电诵LM812ffl成的趙声披发射电路血图3. 6. 27所I. M18J2为一种专用于詔声波收发 潤樂成 电路，它既可以用做发射电路，乂可以用于接枚放大社路它主要决定于引卿8的接法。第1脚 接K并联谐掠路以确定振荡耦频率.输岀变圧器樓在6、】3脚间，电容G起退 機、濾波、傅 号旁路作用，G应与变压器刖边绕组谐振于发射我頻变压器的变比大致为N :地二1 * 2,当然趨 吉波发射器也可接在6、拐抑间，但发射功率小。(2)超声波传翦器的接收电胳山LM1812组成的接收电路如图3. 6. 28所示.引脚8接地.便芯片1作丁接收模忒。输出信 号可以从第】6W输出或从14卿输出，注第i4脚输出是集电极

6、开路形式结构形式口发射电路 的功亭输出级相同.Ifl :根管构成的超声接收放大器如图3, 6. 29所不-VTWr,和若干电阻电容组成两级矶 容箱合交济放欠电路垠右从G输出，由运ft放大器组成的趙声放大电路如图3- 630J*r/b. K. JV组成分压电狩便同相端的IIIU15194】6L功旱输出-,0 hKpl 0坊卜图1 6. 2S LMIBlZffihft的超声接收电路-12图X6. 29三管级成的*牧电M位 为2电源电压.图3. 6, 30运算放大器组戎的e歯波接收电路(biu.SR（0S 3. 6.31 CMOS非门电组成的SI声ft收电踣图久6. 31所示电路中使用CMOS非门当

7、iSfc放大器它具有输人阻抗高、功耗低、成本低、电胳简单耕t点.G为防止高 频自澈而设，容量约取IWOpF,具体#值在调整时确定.3由FPGA或奢控制驱动的趙声波发射电賂也盯以采用HTGA或者澈八制梆来产生Wklb频丿钦的方波何II喑度和稳定度都比较簡 FPGA或者微控制器的时钟频奉是血晶撮产4 频率为40kH/的力波可以通过分频傅tL H （； A或者微控制器输岀的40kHz方波迪过74H （T I功净放人!卅金疲射件的两端电路如国3632所万乙ffl3*632 声发射电胳4 桑成的超声传8应用樂成的趙声波伶感器烙发射和接收部分舆旋程一起，由发射器发出的一个趙ffi波牀冲作 用到物体的表面匕经过一段时间后披反射的声波（回声）又重新回到接收器上権据市速和 时间就可以计算超声波传感器到反射物之间的距离.集成的超声波传感器主要有两种外形如图3. 633所示.一个是长方六廁体的塑料外 壳.-是螺纹簣M30类型.它们都具有开关fi利模拟两种信号输出类型，F面以图尔克（天 津）传感器有限公可的RCI00-M30-AP8X-Hn4J为例束说明其主要参ft性能。开划电离*20-100cm连续可调 标准检测物休,2X25?丄作电压亶流：20-30V输出状态;N0外部接线如用3634所示图3. 6. 33成