3.6 超声波传感器（课件）-高一《传感器及应用》同步精品课堂（高教版—第2版）

3.6 超声波传感器 传感器及应用 第一章 常用低压电器 1 学习目标 知识目标 熟悉和掌握超声波传感器的基本原理和结构。 能力目标 理解和运用超声波传感器的测量转换电路，以及超声波传感器的结构和应用等内容进行掌握。 情感目标 注重基本概念、基本原理、基本方法的阐述，并考虑中等职业教育的特点，避免了理论推导，增强了实际应用等方面的知识。 新课导入 思考：分小组总结声振动传感器制作的电子狗的工作原理。 新知学习 一 、声振动传感器制作的电子狗 1.工作原理 声振动传感器制作的电子狗，对几米远处人的走动非常敏感。 一般说来，狗在休息时一只耳朵总贴着地 面，监听着地面传来的信号， 一有动静便发出“汪汪”的叫声， 一方面报告主人有客来， 一方面警示来人不 可靠近。这里采用了狗的这种特别功能，利用土层传感，将人走动时的脚对地面接触摩擦声、振动声经高灵 敏度接收放大，触发模拟狗叫声集成电路发声。不管是白天黑夜，它均能忠实地为你看家守舍。 新知学习 一 、声振动传感器制作的电子狗 1.工作原理 HTD,~HTD、 置于地下组成声振动传感器，检测地面传 来的声振动信号。当有人在距传感器1 m 左右走动时，脚踏地面的振动信号经地面传到 HTD,～HTDk, 再经 VT₁、IC, 接收、放大， VD₁ 、VD₂ 、C₄ 倍压整流滤波，滤波后的直流电压加于VT₂ 基极，使VT₂ 导通，触发 单稳态电路翻转进入暂稳态，IC₂ 的3脚由原来的低电平变为高电平，经R。限流， VD。 新知学习 一 、声振动传感器制作的电子狗 1.工作原理 稳压的4.5 V 电压供 IC₃ 工作，IC;O/P 端输出的狗叫声经 C,耦合到IC,作进一步的放大，扬声器Y 发出响亮的狗叫声。暂稳时间 t=1.1R₂C₃ ≈2 min。暂稳态过后，IC₂ 的3脚输出低电平， IC₃ 停止工作，扬声器不再有狗叫声输出。如果来 人 2 min后仍未离开监测区域，并且不断地走动，则狗叫声始终不停，直至来人离开监测范围，保持宁静 2 min后，狗叫声才停止。此外，为了使用方便，设置了光控电路，以使白天不让狗叫，夜晚恢复工作。也可 根据具体情况决定取舍，不用时去掉光敏电阻Rσ。 新知学习 一 、声振动传感器制作的电子狗 2.元件选择 01 (1)IC₁、IC, 选用LM386 集成块； IC₂ 选用555时基集成电路；IC,选用模拟狗叫声集成电路 KD5608, 其芯片封装外形有多种形式，使用时按厂家提供的标准图纸连接线路。 02 (2)HTD₁~HTD₄ 为压电陶瓷片，选用φ27mm 或435mm 均可，本电路使用10只φ27mm 的并联连接。 03 (3)VT, 系结型场效应管，选用放大能力大一点的； VT₂选用9014晶体三极管。 04 (4)扬声器选用口径大、发声响亮，但体积较小的。 05 (5)其他元件无特殊要求。 新知学习 一 、声振动传感器制作的电子狗 3.制作与调试 该制作的关键是声振动传感探头HTD,~HTD、 的安装，由于本电路设计主要考虑到应用于农村，所以 HTD使用了10只，每5只一组并联，每只之间隔1m, 用屏蔽线连接，屏蔽层接地(指电路地)。每只HTD 均用质地较好的塑料薄膜包封，密封要严，不能有丝毫的漏透水现象，以免损坏 HTD, 影响使用寿命。 新知学习 一 、声振动传感器制作的电子狗 3.制作与调试 做好 的 HTD埋于大门前道路两侧10cm 深处，埋好后即可通电调试。 一人在任一只HTD前 1m 左右地方走动，调 R, 使扬声器发出狗叫声，此时灵敏度最高，固定R, 不动，至此调试结束。另外， R, 的值关系到狗叫的声频， 应注意调试。制作好的电子狗可固定于院内任一地方。 新知学习 二、超声波传感器的基本工作原理 超声波具有频率高、方向性好、能量集中、穿透本领大、遇到杂质或分界面产生显著的反 射等特点，因此在许多领域得到广泛的应用。近年来已实用的超声波传感器有超声波探伤、超 声波遥控、超声波防盗窃器以及超声医疗诊断装置等。 新知学习 二、超声波传感器的基本工作原理 超声波是频率超过20 kHz 的机械振动波。由于频率高，其能量远远大于振幅相同的声波 具有很高的穿透能力，在钢材中甚至可穿透10 m 以上。超声波在介质中传播时，也像光波一 样产生反射、折射现象。经过反射、折射的超声波其能量或波形均将发生变化。利用这一性质 可以实现液位、流量、温度、粘度、厚度、距离等参数的测量。 新知学习 二、超声波传感器的基本工作原理 发射和接受超声波的器件称为超声波换能器，也称为超声波探头。超声波换能器根据其工 作原理不同有压电式、磁致伸缩式、电磁式等数种。在检测技术中主要采用压电式。换能器由 于其结构不同又分为直探头、斜探