超聲波距離傳感器的結構和工作原理

當電壓作用於壓電陶瓷時，它會隨著電壓和頻率的變化而產生機械變形。另壹方面，當壓電陶瓷振動時，產生電荷。利用這壹原理，當電信號施加到由兩個壓電陶瓷或壹個壓電陶瓷和壹個金屬片組成的振動器時，所謂的雙壓電晶片元件，由於彎曲振動將發射超聲波。相反，當超聲振動施加到雙壓電晶片元件時，產生電信號。基於上述功能，壓電陶瓷可以用作超聲波傳感器。

如超聲波傳感器，復合振子柔性固定在底座上。復合振動器是諧振器和由金屬片和壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動器的組合。諧振器是喇叭形的，以便有效地輻射由振動產生的超聲波，並有效地將超聲波集中在振動器的中心。

室外使用的超聲波傳感器必須密封良好，以防止露水、雨水和灰塵的侵入。壓電陶瓷固定在金屬盒的頂部。底座固定在箱體的開口端，並用樹脂覆蓋。對於工業機器人使用的超聲波傳感器，要求其精度達到1mm，且具有較強的超聲波輻射。

當頻率高於75kHz時，利用常規雙壓電晶片振子的彎曲振動是不可能實現這壹目標的。因此，在高頻檢測中，必須使用垂直厚度振動模式的壓電陶瓷。在這種情況下，使壓電陶瓷的聲阻抗與空氣匹配是非常重要的。壓電陶瓷的聲阻抗為2.6×107kg/m2s，而空氣的聲阻抗為4.3×102kg/m2s。五次方的差異會導致壓電陶瓷振動輻射面大量損耗。壹種特殊的材料附著在壓電陶瓷上，可以作為聲匹配層，匹配空氣的聲阻抗。這種結構即使在頻率高達幾百kHz的情況下也能使超聲波傳感器正常工作。