隨著醫(yī)療技術(shù)的快速發(fā)展,超聲波傳感器技術(shù)也被運(yùn)用的越來(lái)越多。在醫(yī)學(xué)中,超聲波技術(shù)主要被用來(lái)診斷疾病。由于超聲波存在對(duì)受檢者無(wú)痛苦、無(wú)損害、方法簡(jiǎn)便、顯像清晰、診斷準(zhǔn)確率高等優(yōu)點(diǎn),因此受到廣大醫(yī)務(wù)工作者和患者的歡迎。
超聲波檢測(cè)技術(shù)中最重要的就是超聲波傳感器,超聲波傳感器是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)(通常是電信號(hào))的傳感器。它的原理是利用超聲波進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。超聲波是振動(dòng)頻率高于20kHz的機(jī)械波。它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小,特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。超聲波對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大,尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射回波,碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。超聲波傳感器廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。
超聲波傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)是,能對(duì)被檢測(cè)物進(jìn)行非接觸式無(wú)磨損的檢測(cè),它對(duì)透明或有色物體,金屬或非金屬物體,固體、液體、粉狀物質(zhì)均能檢測(cè)。其檢測(cè)性能幾乎不受任何環(huán)境條件的影響,包括煙塵環(huán)境和雨天。
根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的體積、材質(zhì)、以及是否可移動(dòng)等特征,超聲波傳感器采用的檢測(cè)方式有所不同,常見的檢測(cè)方式有包括:
1、穿透式
發(fā)送器和接收器分別位于兩側(cè),當(dāng)被檢測(cè)對(duì)象從它們之間通過(guò)時(shí),根據(jù)超聲波的衰減(或遮擋)情況進(jìn)行檢測(cè)。
2、限定距離式
發(fā)送器和接收器位于同一側(cè),當(dāng)限定距離內(nèi)有被檢測(cè)對(duì)象通過(guò)時(shí),根據(jù)反射的超聲波進(jìn)行檢測(cè)。
3、限定范圍式
發(fā)送器和接收器位于限定范圍的中心,反射板位于限定范圍的邊緣,并以無(wú)被檢測(cè)對(duì)象遮擋時(shí)的反射波衰減值作為基準(zhǔn)值。當(dāng)限定范圍內(nèi)有被檢測(cè)對(duì)象通過(guò)時(shí),根據(jù)反射波的衰減情況進(jìn)行檢測(cè)。
4、回歸反射式
發(fā)送器和接收器位于同一側(cè),以檢測(cè)對(duì)象(平面物體)作為反射面,根據(jù)反射波的衰減情況進(jìn)行檢測(cè)。
超聲波傳感器檢測(cè)用起來(lái)很簡(jiǎn)單,但也存在不少弊端。
比如反射問(wèn)題,假如被探測(cè)物體沒(méi)有處在合適的角度,那超聲波傳感器就難以實(shí)現(xiàn)正確的檢測(cè)。這會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)三角誤差(當(dāng)被測(cè)物體與傳感器成一定角度的時(shí)候,所探測(cè)的距離和實(shí)際距離有個(gè)三角誤差)、鏡面反射(在特定的角度下,發(fā)出的聲波被光滑的物體鏡面反射出去,因此無(wú)法產(chǎn)生回波,也就無(wú)法產(chǎn)生距離讀數(shù)。這時(shí)超聲波傳感器會(huì)忽視這個(gè)物體的存在)、多次反射(聲波經(jīng)過(guò)多次反彈才被傳感器接收到,因此實(shí)際的探測(cè)值并不是真實(shí)的距離值)等問(wèn)題。
其次是噪音干擾,雖然多數(shù)超聲波傳感器的工作頻率為40-45Khz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人類能夠聽到的頻率。但是周圍環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生類似頻率的噪音,會(huì)引起傳感器接收到錯(cuò)誤的信號(hào)。
最后是交叉問(wèn)題,當(dāng)多個(gè)超聲波傳感器按照一定角度被安裝在機(jī)器人上的時(shí)候所引起的。超聲波X發(fā)出的聲波,經(jīng)過(guò)鏡面反射,被傳感器Z和Y獲得,這時(shí)Z和Y會(huì)根據(jù)這個(gè)信號(hào)來(lái)計(jì)算距離值,從而無(wú)法獲得正確的測(cè)量。
為了使用超聲波傳感器的過(guò)程不出現(xiàn)異常,我們應(yīng)當(dāng)注意以下事項(xiàng):
1:不在戶外或高于額定溫度的地方使用傳感器,保證其可靠性和壽命;
2:不對(duì)細(xì)粉末和棉紗之類的材料進(jìn)行檢測(cè),因?yàn)闀?huì)吸收聲音;
3:噴氣嘴噴出的噴氣有多種頻率,會(huì)影響傳感器且不應(yīng)在傳感器附近使用;
4:傳感器表面的水滴縮短了檢出距離;
5:不在強(qiáng)制通風(fēng)機(jī)之類的設(shè)備旁使用傳感器,減少對(duì)局部溫度的改變,減少分界處的反射和折射;
6:不在蒸汽區(qū)域使用傳感器,該區(qū)域的大氣不均勻,會(huì)產(chǎn)生溫度梯度,是測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差;
7:不在真空區(qū)或防爆區(qū)使用傳感器。