简 介： 本文记录了制作超声波阵列的过程。 使用了20 颗超声波发送传感器焊锡得到了一个超声波阵列。 这位后面 制作超声定向声音传播打下基础 .
关键词： 超声波，阵列
Contents
超声波阵列?
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§01 超声波阵列
??根据 把声音转换成”激光“ 中所涉及到的声音定向传递实验内容，制作一个类似装置，用于课堂上的演示。本文针对其中的超声波定向传送中的换能器-超声波传感器 进行测试。
1.1 测试主要问题
??为了获得更好的超声波发送效果，需要对于制作超声板上的所有传感器能够有良好的一致性。所以需要回答以下问题：
??1. 如何测量超声波发送器的电气参数？
??2. 超声波发送和接收传感器有什么样的差异？
??3. 超声波换能器的实际工作带宽是多少？
??下面安排具体的实验回答上述问题。
1.1.1 DOP文件
??DOP文件存储在。
D:\MooC\Apple\2022\超声波发送板\超声板制作
1.2 内容规划
1.2.1 A：如何制作超声波阵列？
- 制作的背景和目标：
- 需要解决主要问题：
- 阵列制作
- 功率驱动
- 调制信号
??本文是针对其中阵列制作过程进行记录。
1.2.2 P：基本原理
（1）压电陶瓷与超声波传感器
- 测量器件的复阻抗特性；保持它们的一致性；
- T+R的区别是什么？
- 器件的带宽；
- 器件的输出功率；
（2）阵列与定向
- 如何测量单个超声波传感器的辐射源；
- 判断单个、两个、三个超声波传感器辐射源的范围；
- 这个下面两个问题属于研究阶段需要处理的问题了。
1.2.3 L：与信号与系统课程有什么联系？
- 系统的线性特性；
- 系统的频率特性：超声波器件的频率带宽；
1.2.4 E：能够做些什么呢？
-
购买器件，自己动手测量：
- 超声波的阻抗；
- 观察两个T+R 之间的差异性。
-
Ultrasonic Transducers - “R” vs. “T” elements? 这是 Milan Karakas 在 Youtube上的频道 。
▲ 图1.2.1 Karakas 在Youtube上的频道
▲ 图1.2.2 超声波中的T,R之间什么区别？
- Air Ultrasonic Ceramic Transducers ：通过400ST/R100数据手册展示出这两者在阻抗方面的差异性。
- Parts for DIY ultrasonic sensor, Difference im ultrasonic transducers and recivers?
▲ 图1.2.3 400ER180/400ET180阻抗
??下面的解释非常正点：
The transmitter and receiver are tuned differently. At 40kHz, the transmitter impedance (solid blue line) is at its minimum, while the receiver impedance (solid red line) is at its maximum. In that way, maximum power can be driven into the transmitter, while the receiver can generate its maximum voltage. The series and parallel resonant frequencies are about 1kHz apart.
??下面是我再2020年对于超声波传感器进行的相关测试，里面显示了传感器的特性差异。
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§02 APPLE脚本
2.1 A：为什么制作超声波阵列？
实际上需要回答： 制作超声波阵列的背景； 以及在这个过程中存在的附属问题。
单个超声波发送和接收传感器只能用于测量距离，
▲ 图2.1.1 超声测距
但一群超声波发送器排成阵列， 则具有毁天灭地的能力。
▲ 图2.1.2 超声波阵列
这是说个玩笑， 一个超声波阵列具有的力量也只能托举小小的棉球。
▲ 图2.1.3 超声波阵列
我这里只是想制作一个超声波发送阵列， 用于课堂中声音调制与解调的演示。
▲ 图2.1.4 超声定向发送器
2.2 P：阵列波束成型
2.3 P：制作过程
2.3.1 器件准备
手边所剩下的超声波传感器不多了， 都在这里了。
▲ 图2.3.1 准备了30个左右的超声波发送器
将它们安排在一个单面覆铜板后面， 可以排成4×5的阵列。
这样整齐的 样子就是我所要制作的超声波阵列。
▲ 图2.3.2 总共二十个超声波发射器
2.3.2 制作焊接板
?? 使用利用粘贴铜箔的方法制作电路 ， 将这些传感器并联起来。
▲ 图2.3.3 铜箔电路
这种铜箔非常便宜， 手边还剩下不少呢。
▲ 图2.3.4 铜箔带
??先在固定单面覆铜板背后绘制传感器的中心线， 方便粘贴铜胶带。
??粘贴铜箔，形成焊接电路。
??将所有的超声波发射器管脚进行修理，形成统一长度。
??这是最后制作完的传感器。
??下面给焊接板上锡，准备焊接。
??首先在铜箔上涂抹一层焊锡膏。
??然后在使用大型宽口烙铁在铜模上给一层焊锡。
2.3.3 焊接传感器
??下面给出所有的传感器的焊接先上锡。
??将所有的传感器焊接在电路板上。
??下面焊接最后几颗传感器。
??终于完成了。
??这是最终的焊接成品板。
▲ 图2.3.5 最后的成品板
2.4 参数测试
下面对刚刚焊接好的超声波阵列测量以下对应的参数。
▲ 图2.4.1 安装有引脚之后的超声波发射板
??首先使用SmartTweezer测量阵列的阻抗。 电容为2.047nF， 电阻为303千欧。 这初步说明组成阵列中的传感器没有短路的。
然后在根据上文， 超声波传感器特性测量中的方法， 使用NanoVNA测量矩阵在40kHz频率下的阻抗。
??这是测量的结果， 可以看到在40kHz附近， 传感器阻抗达到最小。
▲ 图2.4.2 使用NanoVNA测量的阻抗
??此时所对应的电阻值为 20 欧姆左右。 这大体符合20个超声波传感器并联的结果。
好了，这是花了一个小时制作完成的超声波阵列板。 下面就需要把它与调制信号驱动板连接测试了。
▲ 图2.4.3 制作完成的超声波阵列
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※ 总??结 ※
??本文记录了制作超声波阵列的过程。 使用了20 颗超声波发送传感器焊锡得到了一个超声波阵列。 这位后面 制作超声定向声音传播打下基础 .
■ 相关文献链接:
- 把声音转换成”激光“
- Ultrasonic Transducers - “R” vs. “T” elements?
- Youtube上的频道
- What is the difference between ultrasonic receive and transmit 40khz transducers?
- Air Ultrasonic Ceramic Transducers
- Parts for DIY ultrasonic sensor, Difference im ultrasonic transducers and recivers?
- 超声波信标导航
- 利用粘贴铜箔的方法制作传感器电路
● 相关图表链接: