压电陶瓷换能器在超声波测距仪中的应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com合肥工业大学学报(自然科学版)Vo1．28NO．6第28卷第6期2005年6月JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYJun．2005压电陶瓷换能器在超声波测距仪中的应用毛剑波(合肥工业大学理学院，安徽合肥230009)摘要：文章介绍了超声波测距的原理，论述了超声波测距仪的主要部件——压电陶瓷换能器的结构设计。证实将振子设计成压电陶瓷和金属片的矩形粘合片的形式，可实现与空气声阻抗良好的匹配。并当谐振频率为36kHz时，弯曲振动模式产生的超声场呈扇形，使所发射的超声波在空气中

2、的传播效率较高，满足了仪器对检测范围、精度和灵敏度的要求。关键词：压电陶瓷；换能器；超声波；测距中图分类号：TB552文献标识码：A文章编号：1003—5060(2005)06—0696-03ApplicationofthepiezoelectricceramictransducertotheultrasonicdistancemeasurementdeviceMA0Jian—bo(SchoolofSciences，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)Abstract：Theprincipleof

3、ultrasonicdistancemeasurementisintroduced．Thepiezoelectricceramictransducer，whichisthemainpartoftheultrasonicdistancemeasurementdevice，isdesigned．Akindofrectangularbindingstructureofpiezoelectricceramicandthinmetalisadoptedtomakethevibra—tionelementmatchtheairacousticalimpedance

4、．Astheresonancefrequencyis36kHz，thebendingvi—brationmodecanresultinasectorialultrasonicfieldinwhichtheultrasonictransmissionefficiencyiSgoodintheair．Withthepiezoelectricceramictransducer，therequirementofthedeviceinmeasure—mentscope，precisionandsensitivityaresatisfied．Keywords：pi

5、ezoelectricceramic；transducer；ultrasonic；distancemeasurement近20年来，压电陶瓷在国内外的发展十分迅宽容性，而用于测矩技术中。速，由于其制作简单、成本低廉、稳定性好等优点，超声波测距是一种非接触测距技术。方法已在电子、光、热及声学等领域得到了广泛的应主要有脉冲法、相位法和变频法。超声波测距主要用，并具有广阔的发展前景。利用压电陶瓷制作的采用脉冲法。脉冲法是直接通过测定载波脉冲超声换能器可以产生具有良好指向性的超声波，信号在待测距离上往返传播的时间去求距离值。非常适合速度、距离等参数的测量，即使

6、在恶劣的其公式为环境条件下也能够稳定可靠地工作。D—Vt2D／2(1)1超声波测距其中，D为待测距离值；为载波在空气中的传播速度；tZD为载波往返时间。超声波是指频率高于20kHz的声波，是一脉冲法测距的精度受时间测定精度的影响，种力学波。由于它具有良好的方向性和对环境的而时间的测定精度又受到振荡频率的影响。由收稿日期；2004—07—21作者简介：毛剑波(1970一)，男，江苏句容人，合肥工业大学工程师维普资讯http://www.cqvip.com第6期毛剑波：压电陶瓷换能器在超声波测距仪中的应用697(1)式可得伸缩振动、弯曲振动和切变振动。AD

7、==V,at／2压电陶瓷振子常用的伸缩振动模式又分为长如果以超声波为载波，要求测距精度AD≤度振动模式、径向振动模式和厚度振动模式。图21cm，则要求时问测试精度为≤5．9×10S，即显示的是圆片厚度伸缩振动模式。振子为圆片形，只要振荡频率达到1．7×10Hz即可，这是很容易极化方向和外加电场都与厚度方向平行，振子沿实现的。厚度方向振动。这种振动模式的基波谐振频率与厚度成反比，适用的频率范围为3O～100kHz，相2压电超声换能器对带宽在1～49／5以内。压电超声换能器是利用压电材料的压电效应制成。极化后的压电材料在外加电场作用下会发生机械形变，这称为

8、逆压电效应，反之，压电材料I的机械形变也会产生电压，这称为正压电效应。利用逆压电效应，可以把高