项目14超声波遥控电灯开关设计与调试课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,项目14超声波遥控电灯开关的设计与调试,项目14超声波遥控电灯开关的设计与调试,项目描述,本项目要求设计与调试一个用超声波遥控的电灯开关。,超声波技术是一门以物理、电子、机械及材料学为基础的，各行各业都使用的通用技术之一。它是通过超声波产生、传播以及接收这个物理过程来完成的。超声波在液体、固体中衰减很小，穿透能力强，特别是对不透光的固体，超声波能穿透几十米的厚度。超声波的这些特性使它在检测技术中获得了广泛的应用。,知识和能力目标；,掌握超声波的概念和基本特性。,了解超声波探头产生、接收超声波原理。,掌握超声波探头结构及使用方法，了解超声波探头耦合剂的作用。,熟练应用超声波探头对相应物理量进行检测。,知识准备一、认识超声波及其物理性质,1超声波的概念和波形,机械振动在弹性介质内的传播称为波动，简称为波。人能听见声音的频率为20Hz20kHz，即为声波，超出此频率范围的声音，即20Hz以下的声音称为次声波，20kHz以上的声音称为超声波，一般说话的频率范围为100Hz8kHz。声波频率的界限划分如图14-1所示,。,（2）波长,超声波的波长,与频率,f,乘积恒等于声速,c,，即,f,=,c,（3）指向性,3超声波的反射和折射,（1）反射定律,入射角,的正弦与反射角,的正弦之比等于波速之比。当入射波和反射波的波型相同、波速相等时，入射角,等于反射角,。,（2）折射定律,入射角,的正弦与折射角,的正弦之比等于超声波在入射波所处介质的波速,c,1与在折射波中介质的波速,c,2之比，即,sin,/sin,=,c,1,/,c,2,4.超声波的衰减,超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，能量逐渐衰减，其衰减的程度与超声波的扩散、散射及吸收等因素有关。其声压和声强的衰减规律如下。,Px,=,P,0 e-,x,（,9-5,）,Ix,=,I,0 e-2,x,（,9-6,）,式中，,Px,、,Ix,距声源,x,处超声波的声压和声强；,P,0、,I,0,x,=0处超声波的声压和声强；,衰减系数；,x,声波与声源间的距离。,1超声波发生器原理,电致伸缩效应：在压电材料切片上施加交变电压，使它产生电致伸缩振动，而产生超声波，如图14-4所示。外加交变电压频率等于晶片的固有频率时，产生共振，这时产生的超声波最强。共振压电效应换能器可以产生几十千赫兹到几十兆赫兹的高频超声波。,图14-4 超声波发生器原理 图14-5超声波接收器原理,2超声波接收器原理,压电式超声波接收器是利用正压电效应进行工作的，如图14-5所示。它的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个换能器兼做发生器和接收器两种用途。,1单晶直探头,2双晶直探头,3斜探头,4聚焦探头,6空气传导型探头,5箔式探头,项目实施三、超声波遥控电灯开关的设计与调试,1.实训技术参数,谐振频率：40KHZ1KHZ（UCMT40K1发射用），38KHZ1KHZ（UCMR40K1接收用）,频 带 宽：2KHZ0.5KHZ,外形尺寸：,16mm22.5mm,2.使用环境,温 度：-20+60，相对湿度：20 5时达98%,3.元件选用,(1)发射电路中，VT1和VT2用CS9013或CS9014等小功率晶体管。超声发射器件用SE05-40T，电源GB采用一块9V叠层电池,以减小发射器体积和重量。,(2)接收电路中，VT1和3DJ6或是3DJ7等小功率结型场效应晶体管。VT2 VT3用CS9013。VD1和VD2用IN4148。JK触发器用263B。超声接收器件用SE05-40R，与SE05-40T配对使用。继电器K用HG4310型。,4.超声波遥控电灯开关工作原理,图14-8为发射电路。电路采用分立器件构成，VT1和VT2以及R1 R4、C1、C2构成自激多谐振荡器，超声发射器件B被联接在VT1和VT2的集电极回路中，以推挽形式工作，回路时间常由R1、C1和R4、C2确定。超声发射器件B的共振频率使多谐振荡电路触发。因此，本电路可工作在最佳频率上。,5.制作与调试,(1)两接线脚焊接时间不宜过长，以免器件内之焊点溶化脱焊及造成底座与接线脚之间松动。,(2)不宜与腐蚀性物质接触。,(3)这种遥控开关，电路简单，且免调试。,项目拓展四、超声波传感器的应用,1超声波测厚,2.超声波物位传感器,3超声波流量传感器,t,=,t,2,t,1,=2,L,/(,c,2,2,),（,9-14,）,由于,c,，从上式便得到流体的流速。即,=(,c,2,/2,L,),t,（9-15）,则液体的流量为,Q,=,（,D,/2）,2,（9-16）,在实际应用中，超声波传感器安装在管道的外部，从管道的外面透过管壁发射和接收，超声波不会给管内流动的流体带来影响，此时超声波的传输时间将由下式确定，即,（9-17）,4.超声波探伤,6.超声波清洗,(1)超声波的空化效应,超声波振动在液体中传播的音波压强达到一个大气压时，其功率密度为0.35w/cm2，这时超声波的音波压强峰值就可达到真空或负压，但实际上无负压存在，因此在液体中产生一个很大的力，将液体分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超声波压强反向达到最大时破裂，由于破裂而产生的强烈冲击将物体表面的污物撞击下来。这种由无数细小的空化气泡破裂而产生的冲击波现象称为“空化”现象。,(2)超声波清洗机,超波清洗机主要由超声波清洗槽和超声波发生器两部分构成。超声波清洗槽用坚固弹性好、耐腐蚀的优质不锈钢制成，底部安装有超声波换能器振子；超声波发生器产生高频高压，通过电缆联结线传导给换能器，换能器与振动板一起产生高频共振，从而使清洗槽中的溶剂受超声波作用对污垢进行洗净。,图14-15 HY-CXJ超声波清洗机,7 超声波焊接,超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。,图14-16超声波塑料焊接机,图14-17彩色多普勒血流显像仪,3.超声波探头又分为直探头、斜探头、双探头、表面波探头、聚焦探头、冲水探头、水浸探头、空气传导探头以及其他专用探头等。,4.为使超声波能顺利地入射到被测介质中，在工业中，经常使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满在接触层中，起到传递超声波的作用。,THE END！,