超声波振动筛换能器的接线方法与工程图
超声换能器驱动电路及其回波接收电路设计分析
Science and Technology & Innovation ┃科技与创新·79·文章编号：2095－6835（2015）22－0079－02超声换能器驱动电路及其回波接收电路设计分析李 享（佛山市顺德区美的厨房电器制造有限公司，广东 佛山 528000）摘 要：随着汽车工业的不断发展，超声测距技术得到了广泛运用。
超声换能器作为该技术的关键组成部件，可实现电能转化，并决定了超声测距系统能完成的最终指标。
通过分析超声换能器的工作原理，对其驱动电路和回波接收电路的设计进行了深入探讨。
关键词：超声换能器；驱动电路；回波接收电路；超声测距系统中图分类号：TB552 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2015.22.079随着科学技术的不断进步，超声测距系统在我国各行业得到了广泛应用，比如在测井工程、机器人定位和车辆导航等方面得到了普遍运用。
由于超声测距系统可进行非接触测量，且不受烟雾、光线和磁场等的影响，可准确、便捷地实现距离测量，因此，人们对该系统的重视程度越来越高。
驱动电路和回波接收电路作为超声换能器的核心部分，其性能对整个超声测距工作有着至关重要的影响。
因此，对驱动电路和回波接收电路的设计方法进行研究有着重要意义。
1 超声换能器的测距原理超声测距系统充分运用了超声波的特点，通过电能转化的形式向外发送和接收超声波，从而实现回声探测。
所谓“超声波”，是指谐振频率较高的声波，科学上定义达到20 kHz 或超过此范围的声波为超声波。
因其频率较高，且以直线的形式传播，所以，可利用这些特性实现超声换能器的换能。
图1 超声测距原理示意图利用超声换能器能将电能转换为机械能。
由于受到电脉冲的作用，超声波会沿着介质方向运动，当声波遇到目标后，因自身的反射作用形成回波，回波返回至换能器，由换能器的接收部件接收并转换成电能，如图1所示。
如果已知介质声速为c ，由超声波发出到接收第一个回波的时间为t ，则换能器与目标之间的距离s =ct /2.为了节省成本，超声换能器采用的超声波探头的实际距离d =s .2 超声换能器的驱动电路设计 2.1超声换能器驱动电路的原理图2 超声换能器驱动电路图2为超声换能器驱动电路原理示意图，TR 右侧为超声换能器的等效电路，左侧为激励信号的功率放大电路。
超声波振动筛换能器的接线方法与工程图
超声波振动筛换能器的接线方法与工程图
超声波振动筛大家都已经知道其工作原理了，如不清楚请阅读【超声波振动筛工作原理及特点--新乡先锋振动】。
今天我们主要讲解的是超声波振动筛主要配件之一的超声波换能器的接线方法。
超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置。
由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。
超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。
由于在原有三次元旋振筛的基础上加装超声波换能起，从而得到了我们现在使用的超声波振动筛。
那么在超声波换能器使用中难免有换能器损坏现象，这就需要我们自行接线了（筛机出厂时换能器已经接好）。
超声波振动筛换能器有两根，即：一根是正极一根是负极和外壳通的是负极，不要把正负接反了，否者会电着人！
超声波振动筛换能器工程图：
由上可知超声波振动筛换能器在接线时用户一定主要正负极的连接。
一定注意安全。
超声波发射和接收电路
超声波发射和接收电路在本设计中，我们设计的发射和接收电路都是分别只有一个，通过继电器进行顺、逆流方向收发电路的切换，这样做既降低了成本，又消除了非对称性电路误差，且发射脉冲通过使用单独的继电器分别对发射和接收换能器进行控制，使换能器的发射和接收电路完全隔离，消除了发射信号对接收的影响。
接收信号的大小和好坏直接取决于发射传感器的发射信号,由于使用收发共用型超声换能器，所以除了选用性能优良的超声波传感器外，发射电路和前级信号接收电路至关重要，它决定着整个系统的灵敏度和精度。
超声波测量最常用的换能器发射电路大体可分为三种类型：窄脉冲触发的宽带激励电路、调制脉冲谐振电路和单脉冲发射电路。
从早先国内进口的日本超声波流量计来看，基本都采用的是窄脉冲驱动电路。
这种电路在设计上一般是用一个极快速的电子开关通过对储能元件的放电来实现，这些开关器件通常为晶闸管或大功率场效应管（MOSFET）。
由于需要输出激励信号的瞬时功率大，因此开关器件必须由直流高压供电，一般要达到几十到一百伏以上，这在电池供电的系统中无法实现；此外，开关瞬间会产生高压脉冲，对整个电路的抗干扰设计不利。
而脉冲谐振电路设计起来比较简单，其基本方法是用振荡电路产生一个高频振荡，经过幅值和功率放大后接至换能器，使换能器发出超声波，确保高频振荡的频率与换能器固有频率一致，则可获得超声发射的最佳效果。
谐振电路能够使用较低的电压产生较强的超声波发射，适合使用电池供电的系统，而且它能精确地控制发射信号，效率高。
在本设计中，超声发射电路采用了连续脉冲发射电路，它由脉冲发生、放大电路构成，具体电路连接如图17所示。
单片机发出的方波信号经三极管放大和变压器升压，达到足够功率后推动换能器超声超声波，这里变压器的主要用途是升高脉冲电压和使振荡器的输出阻抗与负载（超声换能器）阻抗匹配，变压器与探头接成单端激励方式。
图17超声波发射电路4.3.2 超声波接收电路发射换能器发出超声波信号后，信号经过流体传播到接收换能器，中间有杂 质和气泡等影响，强度不断减小，并且强度也不稳定。
超声波换能器正负极
超声波换能器正负极
超声波换能器的正负极区分主要取决于其驱动方式和工作原理。
对于压电式超声波换能器，其正负极的区分如下：
1. 交流驱动：超声波换能器在工作时，需要通过交流电源驱动。
在这种情况下，通常将电源的正极连接到换能器的正面（即压电陶瓷圆盘换能器），负极连接到换能器的背面或其他接地部件。
2. 直流驱动：在某些应用场景中，超声波换能器可能采用直流驱动。
此时，正负极的区分类似于交流驱动，即将电源的正极连接到换能器的正面，负极连接到背面或其他接地部件。
3. 特殊应用：在某些特定应用中，超声波换能器的正负极可能会有所不同。
例如，在清洗、焊接等应用中，为了方便，有时将前后盖板连接的电极视为负极。
而检测用的换能器，如果具有金属外壳，通常将金属外壳与压电换能器中的一级接在一起，作为负极。
需要注意的是，超声波换能器的正负极并非绝对的，具体应用中会根据实际情况进行调整。
在购买和使用超声波换能器时，请务必参考相关设备的说明书或咨询专业人士。
超声波清洗机上的换能器的安装方法
超声波清洗机上的换能器的安装方法本文主要对的超声波清洗机上的换能器的安装方法与相关的细节步骤作如下介绍，主要分为如下七步:1、准备根据生产任务单要求，认真检查确认，把所需胶接的超声波清洗机换能器（配好对的）、缸体、网垫、胶水等准备好。
2、喷沙把所需胶接的超声波清洗机换能器、缸体进行喷沙处理，喷沙胶接面应尽量毛，喷沙应用30目的金刚沙，沙子必须保持干燥并经常筛选（每次放入沙箱时都要筛选），喷沙时压缩空气的压力应≥6KG，并经过气源处理器除湿后的高压空气。
3、清洗把喷好沙的缸体和超声波清洗机换能器进行清洗，换能器先用甲醇进行清洗，把表面的沙子等灰尘除掉，再用丙酮进行漂洗；缸体先用水冲、再用酸洗后冲洗干净，凉干后再用甲醇和丙酮各进行一次漂洗，网垫用30目厚度≤0.15的不锈钢网同样清洗干净(有条件时电解处理)备用。
4、烘干、预热把清洗好的超声波换能器和缸体及网垫放入烘箱进行烘干，烘干为60℃－80℃烘干2小时后冷却到40℃左右时进行胶接。
在所有胶接准备工作做好后，配好胶水(常温)充分调和后快速进行胶接。
5、胶接a) 把处理好的缸体放在胶接平板上放好，并用丙酮在胶接处用棉布再擦试一遍。
b) 把处理好的超声波换能器胶接面用丙酮再用棉布再擦试一遍。
c) 配好胶水充分调和后预热1－2分钟。
（每次配置的胶水不能太多，以一次胶接20－30头为准）胶水配置为5G/头、比例为1：0.4（胶粘剂比固化剂、应尽量精确）。
d) 把缸体和超声波换能器冷却到40℃左右时进行胶接，胶接时分别在缸体和超声波换能器上均匀涂上胶水，中间放上网布，然后用力压紧，胶接速度要快，每次配置胶水后胶接时间不要超过10分钟上（要求准备工作做的充分）。
、e) 胶完后进行加压处理（需做工装、用弹簧软压）。
6、固化把胶好的缸体放入无尘烘箱进行固化，固化温度一次加温为40－50℃固化30分钟后，二次加温到60-70℃固化30分钟后再三次加温到80℃固化2小时后自然固化24小时后检测连线。
超声换能器及匹配电路
电磁超声
F=I×B
图为一个传统的压电式超声检测用纵波直 探头.
静态匹配电路
电感-电容匹配
改进电感电容匹配
T型匹配
比较
• 串联电感匹配后的有功电阻小于并联匹配的有功 电阻,且串联匹配后所需的激励电压也小于并联匹 配的激励电压.
• T型网络匹配,理论推导简单,不必测L1、C1的值; 且输出电阻较单个串联电感进一步减小,是一种更 好的匹配网络.
超声换能器及匹配电路
超声波
• 特性：方向性好、强度大、对固体、液体 的穿透本领强
生与探测：利用逆压电效应产生超声波、 利用正压电效应探测超声波
检测超声换能器
检测超声换能器是实现产生和接收超声信 号的主要器件.目前检测超声换能器主要是 利用压电材料制成的压电陶瓷超声换能器、 静电换能器以及电磁声换能器等.
超声换能器驱动电路及回液接收电路的设计
超声换能器驱动电路及回液接收电路的设计摘要：介绍了采用脉冲回波法进行超声测距的原理，设计了一种高效率的超声换能器驱动电路，使换能器和功放的阻抗匹配得到改善。
另外还设计了一种单电源回波接收电路。
本系统主要用于车辆防碰撞等领域。
从实验结果来看，发射效率和接收灵敏度均较高，回波效果良好，大大提高了超声波探头的作用距离。
关键词：超声测距脉冲变压器阻抗匹配推挽放大器随着我国汽车工业和高速公路事业的飞速发展，研制、开发基于高性价比的超声波测距技术的车辆防撞系统具有重要的社会与经济价值。
车辆防撞系统具有自动探测前方障碍物、自动减速或刹车的功能，是未来高级小汽车和载重车辆必备的安全行驶辅助装置。
日本、美国和欧洲等各大汽车公司都已投入了相当的人力、物力开发在高级汽车上使用的防撞与安全预警系统，包括毫米波雷达、CCD摄像机、GPS和高档微机等。
据海外媒体报道，戴姆勒—克莱斯勒公司日前成功开发出供商用车(尤指卡车)使用的电子刹车系统，它利用车载前视雷达感应器探测前方景物，由车载控制器处理这一感知信息而形成虚拟景象，由此来判断当前路况是否需要启动自动刹车装置。
这种新型刹车系统在未来的两、三年内即可面市，预期价格为3745欧元[1]。
显然，就普通汽车而言，该自动电子刹车装置太昂贵。
超声测距传感器价格低廉，其性能几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰和有毒气体的影响，而且使用方便。
然而，常见的超声测距仪的作用距离较短，一般均小于或等于10m，从而限制了它在汽车高速行驶时的使用性能。
超声测距仪的作用距离不仅仅依赖于高性能的超声波探头，而且与超声波的发射与接收电路的机电能量转换效率有关。
本文主要研究一种高效的超声换能器收发电路，以增大超声测距仪的作用距离，使之能够在未来的国产化汽车主动防撞系统中得到应用。
1 超声测距原理谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。
超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。
利用超声波的这种性能就可制成超声传感器，或称为超声换能器，它是一种既可以把电能转化为声能、又可以把声能转化为电能的器件或装置。
超声波清洗-换能器组装工艺
换能器装配胶接工艺流程换能器装配胶接工艺流程一、换能器装配1、零件的验收、检测1.1结构件的验收、检测（由外协供应部门负责、车间协助）：a) 对所购发射块的材质必需为LY－12西北铝材，压块的材质必需为45＃A3以上材质。
b) 发射块的检验：外观（全检）：外观光亮、色泽均匀无划伤、磕碰伤等缺陷，特别是装配面。
尺寸（抽检10%，抽检合格率为100%，低于100%则需全检）：尺寸正确，公差、表面粗糙度应符合加工图纸要求，装配面应研磨。
c) 压块的检验：外观（全检）：外观光亮、色泽均匀无划伤、磕碰伤等缺陷，特别是装配面，镀层漂亮、均匀，内孔无锈蚀（应镀到）。
尺寸（抽检10%，抽检合格率为100%，低于100%则需全检）：尺寸正确，公差、表面粗糙度应符合加工图纸要求，装配面应研磨。
d) 对所达不到要求的坚决剔除，不能凑合使用。
1.2导电片的检验：a) 导电片材质为δ0.2－0.3mm雪青磷铜皮b) 外观：表面光亮、平整、色泽均匀无划伤、氧化和铜绿，冲切口无毛刺。
1.3其它外购件的验收、检测：a) 螺钉：规格符合图纸要求、硬度必需达到12.9级标准，表面为发篮或电镀处理。
b) 套管：规格符合图纸要求、表面光表无毛刺，必需为全新的聚四氟乙烯材料。
1.4压电陶瓷晶片的验收、检测a) 外观：无开裂、缺角、破损，表面镀层漂亮、均匀，正负极标志明显清楚。
b) 电容量：单片电容量为2100pf－2200pfc) 绝缘：用共立3721数字兆欧表测量，电压2500V时应≥2000MΩ以上(湿度≤60%)。
2、零件的处理在组装前，所有零件都要进行严格清洗，干燥后才能进行组装。
a) 发射块、压块的处理：经验收、检测过的发射块、压块，先用120＃汽油进行清洗除去表面、内孔的油污和加工屑，再经二道汽油漂洗，然后用丙酮清洗、漂洗各一遍后放入无尘烘箱烘干待用。
b) 导电片的处理：经验收过的导电片，先去除冲切口毛刺（不可用沙皮沙，应用刀片括），再在电极上进行搪锡，搪锡一定要吃透、以免连线造成虚焊；最后进行清洗、烘干，方法同上。
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超声波振动筛换能器的接线方法与工程图
超声波振动筛大家都已经知道其工作原理了，如不清楚请阅读【超声波振动筛工作原理及特点--新乡先锋振动】。
今天我们主要讲解的是超声波振动筛主要配件之一的超声波换能器的接线方法。
超声波换能器是一种能把高频电能转化为机械能的装置。
由材料的压电效应将电信号转换为机械振动。
超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率（即超声波）再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。
由于在原有三次元旋振筛的基础上加装超声波换能起，从而得到了我们现在使用的超声波振动筛。
那么在超声波换能器使用中难免有换能器损坏现象，这就需要我们自行接线了（筛机出厂时换能器已经接好）。
超声波振动筛换能器有两根，即：一根是正极一根是负极和外壳通的是负极，不要把正负接反了，否者会电着人！
超声波振动筛换能器工程图：
由上可知超声波振动筛换能器在接线时用户一定主要正负极的连接。
一定注意安全。