影响超声波传感器性能的因素

《影响超声波传感器性能的因素》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、关键工序对超声波传感器性能影响分析先介绍有关超声波传感器的基本知识：本公司生产的系列超声波传感器（裸探头），主要性能指标有：频率、余振和灵敏度。三者之间紧密耦合，相互影响，相互制约。超声波传感器的关键部件为压电陶瓷晶体芯片，当在晶体芯片两端加以适当幅度适当频率的驱动信号时，陶瓷芯片便会产生机械振动，同时带动周围空气振动，形成声波，在空气中传播；同时，当上述声波在空气中传播遇到障碍物，就会产生反射，反射波反传回压电晶体，由于压电陶瓷晶体是可逆的，机械震荡信号便会转变为电信号。故而利用压电晶体作为核心芯

2、片的超声波传感器可以制作为收发一体的形式。根据发射信号和反射信号的时间差和声波在空气中的传播速度，便可计算出障碍物至传感器的距离，这就是超声波测距原理。而当障碍物距离探头太近时，传感器便无法分辨出发射波与反射波，导致测距的物理盲区。另外，驱动信号的频率与陶瓷芯片的固有频率越接近，陶瓷芯片共振现象越明显，机电耦合系数越大，电能转换为机械能的效率就越高，陶瓷芯片就能产生能量更高的机械震荡波，激发出芯片本身能够达到的最高灵敏度。一般工业应用领域内，超声波传感器发射的超声波为纵波。本司主要生产中心频率为40

3、KHz和58KHz的传感器。这一频段的声波，大于人耳能识别的声音范围：20Hz~20KHz，属于超声波的频段范畴，故称之为超声波传感器（以下简称为传感器）。尽管如此，实际生产出的产品发出的声波带宽很宽，甚至会超出超声波的频段范围，实际情况是肯定会超出并进入到人耳识别的频段，这一点有谐波思想懂傅里叶变换的人很容易理解。所以在将产品连接好主板，测试产品的性能时，可以利用这一点检查主板是否正常工作和线路是否为通路。如果将传感器靠近耳朵，能够听到节奏很快的“滴滴滴”声，说明主板正常工作线路通。而通常所说的单

4、角度和双角度是指超声波传感器的指向角问题，所谓指向角，就是指超声波在空气中传播时形成的声场中的主瓣声场的角度范围。在实际物理应用中表现为位于传感器前方能够探测到的障碍物在水平方向和竖直方向的分布范围。一般单角度是指向角较窄在±30度范围内，而双角度是指向角是普通的2倍，即±60度以内。另外，余振和灵敏度两个性能指标是相互制约的，所有使余振降低的工序，都会导致灵敏度的降低；而所有提高灵敏度的工序，都会增大余振。所以，在产品生产，追求余振小和灵敏度高的过程中，一定要权衡利弊，努力寻找最合适的舍取点。先大

5、概了解一下本司产品，和关键工序对产品的影响情况。下面理性的、详细的分析一下公司现有生产工艺、关键工序对传感器三个性能指标的影响。1.影响产品频率的关键工序1.1调频工序公司现有两种方法调整传感器频率：化学调频和物理调频。两种方法都只能将频率调低。其中，化学调频为用过量的火碱溶液NaOH与裸探头反应，再用稀硝酸清洗铝外壳，中和碱液。以减小铝外壳的厚度，降低其固有频率。化学反应方程式如下：2Al+2NaOH（过）+2H2O=2NaAlO2+3H2↑NaOH+HNO3=NaNO3+H2O其中，如果碱液或者

6、酸液量不够的话还会产生Al（OH）3沉淀。同时，由反应方程式可知，化学调频中产生了可燃性气体H2，所以在进行化学调频时一定要注意空间开阔通风，禁止明火。以避免当空气中氢气浓度达到爆炸极限时，产生安全事故。另外，此种调频方式适用于相对大幅度降低产品的固有频率。而物理调频方法是将铝外壳底部打磨变薄，便可在较小范围内调低产品固有频率。1.2打保护焊点和焊引线工序一般来讲保护焊点和焊引线的焊点如果打得过大，会造成产品频率降低约0.1kHz。原因分析：直接打在陶瓷震荡片上的保护焊点和引线焊点，和陶瓷震荡片成为

7、一体，直接增加了芯片震荡的有效质量。当陶瓷震荡片在驱动信号的作用下，开始震荡时，由于震荡的有效质量变大，由物体的固有频率与物体质量成反比的物理规律可知：保护焊点和焊引线的焊点如果打得过大，会造成产品频率降低。而这种质量的增加幅度又不是很大，所以只会很小程度上（相比于我司产品的固有频率40±1kHz而言）降低产品的频率，比如说0.1kHz。1.3原材料对产品频率的影响一般来讲经过筛选分类的原材料——芯片的一致性非常好，频率范围比较稳定，不会成为成品频率不良的原因。所以原材料——铝外壳对成品的频率影响就

8、至关重要了，特别是铝外壳的底厚、平行度、一致性等因素都会对产品频率产生重要影响。这样看来，IQC检验规范中，对铝外壳底厚的检验，不光有最大值、最小值，还有平均值的限制，如此苛刻就不足为怪了。另外，我司所有工序几乎都会使最终产品的频率降低。所以原材料的频率要求要比成品高1kHz左右。2．影响产品余振的关键工序2.1打底胶、填吸音棉、填软木和压实工序“打底胶、填吸音棉、填软木、压实”这些工序会直接影响陶瓷震荡腔的形成，进而直接影响产品的余振情况。底胶未打好、吸音棉在两耳朵