項目14超聲波遙控電燈開關(guān)設(shè)計與調(diào)試

1、項目項目14超聲波遙控電燈開關(guān)的設(shè)計與調(diào)試超聲波遙控電燈開關(guān)的設(shè)計與調(diào)試項目項目14超聲波遙控電燈開關(guān)的設(shè)計與調(diào)試超聲波遙控電燈開關(guān)的設(shè)計與調(diào)試 項目描述項目描述 本項目要求設(shè)計與調(diào)試一個用超聲波遙控的電燈開關(guān)。 超聲波技術(shù)是一門以物理、電子、機(jī)械及材料學(xué)為基礎(chǔ)的，各行各業(yè)都使用的通用技術(shù)之一。它是通過超聲波產(chǎn)生、傳播以及接收這個物理過程來完成的。超聲波在液體、固體中衰減很小，穿透能力強，特別是對不透光的固體，超聲波能穿透幾十米的厚度。超聲波的這些特性使它在檢測技術(shù)中獲得了廣泛的應(yīng)用。 知識和能力目標(biāo)； 掌握超聲波的概念和基本特性。 了解超聲波探頭產(chǎn)生、接收超聲波原理。 掌握超聲波探頭結(jié)構(gòu)及使

2、用方法，了解超聲波探頭耦合劑的作用。 熟練應(yīng)用超聲波探頭對相應(yīng)物理量進(jìn)行檢測。 知識準(zhǔn)備知識準(zhǔn)備一、認(rèn)識超聲波及其物理性質(zhì)一、認(rèn)識超聲波及其物理性質(zhì) 1超聲波的概念和波形超聲波的概念和波形 機(jī)械振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動，簡稱為波。人能聽見聲音的頻率為20Hz20kHz，即為聲波，超出此頻率范圍的聲音，即20Hz以下的聲音稱為次聲波，20kHz以上的聲音稱為超聲波，一般說話的頻率范圍為100Hz8kHz。聲波頻率的界限劃分如圖14-1所示。 由于聲源在介質(zhì)中施力方向與波在介質(zhì)中傳播方向的不同，超聲波的傳播波型也不同，通常有以下三種類型： （1）縱波質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波； （2

3、）橫波質(zhì)點振動方向垂直于傳播方向的波； （3）表面波質(zhì)點的振動介于橫波與縱波之間，沿著表面?zhèn)鞑サ牟?2聲速、波長與指向性聲速、波長與指向性 （1）聲速 （2）波長 超聲波的波長與頻率f乘積恒等于聲速c，即 f =c （3）指向性 3超聲波的反射和折射 （1）反射定律 入射角 的正弦與反射角的正弦之比等于波速之比。當(dāng)入射波和反射波的波型相同、波速相等時，入射角 等于反射角。 （2）折射定律 入射角 的正弦與折射角的正弦之比等于超聲波在入射波所處介質(zhì)的波速c1與在折射波中介質(zhì)的波速c2之比，即sin / sin = c1 / c2 4. 超聲波的衰減超聲波的衰減 超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離

4、的增加，能量逐漸衰減，其衰減的程度與超聲波的擴(kuò)散、散射及吸收等因素有關(guān)。其聲壓和聲強的衰減規(guī)律如下。Px = P0 e -x（9-5）Ix = I0 e -2x（9-6） 式中，Px 、Ix距聲源x處超聲波的聲壓和聲強； P0 、I0 x = 0處超聲波的聲壓和聲強；衰減系數(shù)； x聲波與聲源間的距離。二、超聲波探頭及耦合技術(shù)二、超聲波探頭及耦合技術(shù) （一）超聲波探頭工作原理（一）超聲波探頭工作原理 超聲波探頭的工作原理有壓電式、磁致伸縮式、電磁式等方式。在檢測技術(shù)中主要采用壓電式。超聲波探頭常用的材料是壓電晶體和壓電陶瓷，這種探頭統(tǒng)稱為壓電式超聲波探頭。它是利用壓電材料的壓電效應(yīng)來工作的。逆壓

5、電效應(yīng)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動，以產(chǎn)生超聲波，可作為發(fā)射探頭。而利用壓電效應(yīng)則將接收的超聲波振動轉(zhuǎn)換成電信號，可作為接收探頭。 1超聲波發(fā)生器原理 電致伸縮效應(yīng)：在壓電材料切片上施加交變電壓，使它產(chǎn)生電致伸縮振動，而產(chǎn)生超聲波，如圖14-4所示。外加交變電壓頻率等于晶片的固有頻率時，產(chǎn)生共振，這時產(chǎn)生的超聲波最強。共振壓電效應(yīng)換能器可以產(chǎn)生幾十千赫茲到幾十兆赫茲的高頻超聲波。圖14-4 超聲波發(fā)生器原理 圖14-5超聲波接收器原理 2超聲波接收器原理 壓電式超聲波接收器是利用正壓電效應(yīng)進(jìn)行工作的，如圖14-5所示。它的結(jié)構(gòu)和超聲波發(fā)生器基本相同，有時就用同一個換能器兼做發(fā)生器和接收器兩種

6、用途。 （二）超聲波探頭 由于其結(jié)構(gòu)不同，超聲波探頭又分為直探頭、斜探頭、雙探頭、表面波探頭、聚焦探頭、沖水探頭、水浸探頭、空氣傳導(dǎo)探頭以及其他專用探頭等，如圖14-6所示。 1單晶直探頭 2雙晶直探頭 3斜探頭 4聚焦探頭 6空氣傳導(dǎo)型探頭 5箔式探頭（三）（三） 超聲波探頭耦合劑超聲波探頭耦合劑 無論是直探頭還是斜探頭，一般不能直接將其放在被測介質(zhì)（特別是粗糙金屬）表面來回移動，以防磨損。更重要的是，由于超聲探頭與被測物體接觸時，在工件表面不平整的情況下，探頭與被測物體表面間必然存在一層空氣薄層。空氣的密度很小，將引起三個界面間強烈的雜亂反射波，造成干擾，而且空氣也將對超聲波造成很大的衰減

7、。為此，必須將接觸面之間的空氣排擠掉，使超聲波能順利地入射到被測介質(zhì)中。在工業(yè)中，經(jīng)常使用一種稱為耦合劑的液體物質(zhì)，使之充滿在接觸層中，起到傳遞超聲波的作用。常用的耦合劑有水、機(jī)油、甘油、水玻璃、膠水、化學(xué)漿糊等。耦合劑的厚度應(yīng)盡量薄一些，以減小耦合損耗。項目實施項目實施三、超聲波遙控電燈開關(guān)的設(shè)計與調(diào)試三、超聲波遙控電燈開關(guān)的設(shè)計與調(diào)試 1. 實訓(xùn)技術(shù)參數(shù) 諧振頻率：40KHZ1KHZ（UCMT40K1發(fā)射用），38KHZ1KHZ（UCMR40K1接收用） 頻 帶 寬：2KHZ0.5KHZ 外形尺寸：16mm22.5mm 2. 使用環(huán)境 溫 度：-20+60 ，相對濕度：20 5時達(dá)98%

8、3. 元件選用 (1)發(fā)射電路中，VT1和VT2用CS9013或CS9014等小功率晶體管。超聲發(fā)射器件用SE05-40T，電源GB采用一塊9V疊層電池,以減小發(fā)射器體積和重量。 (2)接收電路中，VT1和3DJ6或是3DJ7等小功率結(jié)型場效應(yīng)晶體管。VT2 VT3用CS9013。VD1和VD2用IN4148。JK觸發(fā)器用263B。超聲接收器件用SE05-40R，與SE05-40T配對使用。繼電器K用HG4310型。 4. 超聲波遙控電燈開關(guān)工作原理 圖14-8為發(fā)射電路。電路采用分立器件構(gòu)成，VT1和VT2以及R1 R4、C1、C2構(gòu)成自激多諧振蕩器，超聲發(fā)射器件B被聯(lián)接在VT1和VT2的集

9、電極回路中，以推挽形式工作，回路時間常由R1、C1和R4、C2確定。超聲發(fā)射器件B的共振頻率使多諧振蕩電路觸發(fā)。因此，本電路可工作在最佳頻率上。圖14-8 發(fā)射電路 圖14-9接收電路 5. 制作與調(diào)試 (1)兩接線腳焊接時間不宜過長，以免器件內(nèi)之焊點溶化脫焊及造成底座與接線腳之間松動。 (2)不宜與腐蝕性物質(zhì)接觸。 (3)這種遙控開關(guān)，電路簡單，且免調(diào)試。項目拓展項目拓展四、超聲波傳感器的應(yīng)用四、超聲波傳感器的應(yīng)用 1超聲波測厚 2. 超聲波物位傳感器 3超聲波流量傳感器t = t 2 t 1 = 2L /(c22)（9-14）由于c，從上式便得到流體的流速。即 = (c2 /2L)t（9-

10、15）則液體的流量為Q =（D/2）2（9-16）在實際應(yīng)用中，超聲波傳感器安裝在管道的外部，從管道的外面透過管壁發(fā)射和接收，超聲波不會給管內(nèi)流動的流體帶來影響，此時超聲波的傳輸時間將由下式確定，即 （9-17）1/cossinDtc2/cossinDtc- 4. 超聲波探傷 5汽車倒車探測器 6. 超聲波清洗超聲波清洗 (1) 超聲波的空化效應(yīng) 超聲波振動在液體中傳播的音波壓強達(dá)到一個大氣壓時，其功率密度為0.35w/cm2，這時超聲波的音波壓強峰值就可達(dá)到真空或負(fù)壓，但實際上無負(fù)壓存在，因此在液體中產(chǎn)生一個很大的力，將液體分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超聲波壓強反向達(dá)到最

11、大時破裂，由于破裂而產(chǎn)生的強烈沖擊將物體表面的污物撞擊下來。這種由無數(shù)細(xì)小的空化氣泡破裂而產(chǎn)生的沖擊波現(xiàn)象稱為“空化”現(xiàn)象。 (2) 超聲波清洗機(jī) 超波清洗機(jī)主要由超聲波清洗槽和超聲波發(fā)生器兩部分構(gòu)成。超聲波清洗槽用堅固彈性好、耐腐蝕的優(yōu)質(zhì)不銹鋼制成，底部安裝有超聲波換能器振子；超聲波發(fā)生器產(chǎn)生高頻高壓，通過電纜聯(lián)結(jié)線傳導(dǎo)給換能器，換能器與振動板一起產(chǎn)生高頻共振，從而使清洗槽中的溶劑受超聲波作用對污垢進(jìn)行洗凈。圖圖14-15 HY-CXJ超聲波清洗機(jī)超聲波清洗機(jī) 7 超聲波焊接超聲波焊接 超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之

12、間的熔合。圖14-16超聲波塑料焊接機(jī) 8. 超聲波成像超聲波成像 目前醫(yī)學(xué)超聲診斷儀有以下幾種： （1）A型超聲診斷儀 （2）M型超聲診斷儀 (3)B型超聲診斷儀 (4)D型超聲診斷儀 (5)彩色多普勒血流顯像儀 彩色多普勒血流顯像簡稱彩超，包括二維切面顯像和彩色顯像兩部分。圖14-17彩色多普勒血流顯像儀項目小結(jié)項目小結(jié)通過本項目的學(xué)習(xí)主要給大家介紹了超聲波的概念和基本特性，超聲波探頭結(jié)構(gòu)類型及使用方法，超聲波探頭耦合劑的作用以及超聲波在其他新領(lǐng)域的應(yīng)用。1.機(jī)械振動在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播稱為波動，簡稱波。人能聽見聲音的頻率為20Hz20kHz，即為聲波，20Hz以下的聲音稱為次聲波，20kHz以上的聲音稱為超聲波。超聲波具有反射和折射特性。2.產(chǎn)生和接收超聲波的裝置叫做超聲波傳感器，習(xí)慣上稱為超聲波換能器，或超聲波探頭。