MA40S4R — это «ухо», которое слышит ультразвук на 40 кГц и превращает его в электрический сигнал. Это приёмный пьезоэлектрический датчик открытого типа, сделанный Murata для работы в достаточно жёстких условиях, но без экстремальных применений вроде авиации или медицины.
Что это за датчик и как он устроен
MA40S4R — ультразвуковой приёмник (receiver), открытого типа, рассчитанный на приём сигнала с частотой 40,0 кГц. Рабочая часть — пьезоэлемент внутри цилиндрического корпуса диаметром примерно 9,9 мм, с двумя выводами снизу и открытой «мембраной» спереди. Размеры и конструкция заданы жёстко: корпус около 10 мм по высоте, выводы около 10 мм длиной, с шагом порядка 5 мм между ними — это важно при проектировании платы или крепления.
Это именно приёмник, а не универсальный излучатель/приёмник: его задача — ловить звук, а не издавать его. Применение очевидное: дальномер, сенсор присутствия, датчик расстояния, контроль уровня, системы парковки и любые другие проекты, где излучатель шлёт импульс, а приёмник вроде MA40S4R его фиксирует.
Ключевые электрические параметры
У датчика есть несколько критичных цифр, которые нужно знать, если вы реально собираетесь его использовать, а не просто класть на полку «на будущее»:
- Рабочая частота: 40,0 кГц (это его резонансный диапазон, именно на этой частоте он наиболее чувствителен).
- Чувствительность: −63 дБ ±3 дБ при 40 кГц, при уровне звукового давления 10 V/Pa, по стандартной измерительной схеме Murata.
- Емкость: 2550 пФ ±20% на частоте 1 кГц.
- Сопротивление изоляции: более 100 МОм при 50 В DC между электродами и корпусом.
Чувствительность, выраженная в децибелах относительно 10 V/Pa, по сути говорит, насколько маленький сигнал вы получите на выходе и насколько аккуратный усилитель вам придется ставить после датчика. Высокая емкость на уровне ~2,5 нФ тоже играет роль — входной каскад лучше делать с учётом этой нагрузки, чтобы не испортить частотную характеристику и не схлопотать лишний шум.
Температура, вибрации и «выживаемость» в реальном мире
С точки зрения условий эксплуатации MA40S4R выглядит довольно «живучим»:
- Рабочий температурный диапазон: от −40 до +85 °C.
- Хранение: тот же диапазон −40…+85 °C.
- Изменение чувствительности по температуре: в пределах ±3 дБ от исходного значения при 25 °C во всём этом диапазоне.
Производитель отдельно прогоняет датчик через серию «издевательств»:
- Ударные нагрузки: до 980 м/с² (это около 100 g) по трём осям, по три удара в каждом направлении, с допуском изменения чувствительности не более ±3 дБ.
- Вибрации: 10–55 Гц, амплитуда 1,5 мм, по трём направлениям, по 2 часа на направление, с тем же требованием по чувствительности.
- Высокая температура: +85 °C, 100 часов, затем проверка чувствительности.
- Низкая температура: −40 °C, 100 часов, то же условие.
- Влажность: +60 °C, 90–95% RH, 100 часов, снова не более ±3 дБ отклонения по чувствительности.
Вся суть этих испытаний в том, что датчик задуман как промышленный компонент, который спокойно переживает тряску, удары, перепады температур и влажности, но при этом не рассчитан на критически опасные применения — это отдельно оговорено в разделе ограничений.
Где этот приёмник точно нельзя использовать
Murata чётко прописывает, куда MA40S4R лучше вовсе не пихать, даже если он формально выдерживает условия. В список попадают:
- Авиационная и космическая техника.
- Оборудование АЭС и прочие критичные системы управления.
- Медицинские приборы.
- Транспортные системы (поезда, суда и т.д.).
- Системы сигнализации, безопасности, предотвращения катастроф и т.п..
Логика простая: это массовый промышленный компонент, а не элемент для жёстко сертифицированных систем, где ошибка может стоить человеческой жизни или крупных убытков. Производитель прямо рекомендует предусматривать fail‑safe на уровне устройства: если приёмник внезапно «умрёт» или сработает некорректно, ваша система не должна приводить к «вторичному» ущербу.
Важные ограничения по применению и среде
У приёмника есть несколько тонких моментов, которые легко проигнорировать, а потом удивляться странным отказам:
- Нельзя использовать в воде — датчик не герметичный, это открытая конструкция.
- Не любит пыльные, сильно загрязнённые и очень влажные среды, особенно с агрессивными газами — это ведет к коррозии и падению чувствительности.
- Материалы вокруг задней части датчика не должны содержать серу/сульфиды — они разъедают электроды пьезоэлемента.
- Нельзя применять постоянное напряжение на датчик, чтобы избежать миграции и деградации.
Для хранения тоже есть жёсткие рамки: температура от −10 до +40 °C, влажность 30–80% RH, без коррозионной атмосферы, без резких перепадов и прямого солнца, использовать желательно в течение 6 месяцев после получения. Если датчик попадает в цех с кислотными парами, солью или постоянным конденсатом — это прямое нарушение рекомендаций.
Монтаж и пайка: где чаще всего «ломают» такие датчики
Отдельный блок в спецификации посвящён монтажу и пайке — и не просто так:
- Максимальная температура жала паяльника: 350 °C, не более 3 секунд на вывод.
- Нельзя применять чрезмерное усилие к выводам при пайке и монтаже.
- Поточная (flow) пайка не допускается.
- Запрещена очистка водой и растворителями.
Важный нюанс: этот приёмник официально «не предназначен» для прямого монтажа на печатную плату обычным способом. Внизу корпуса есть «филет» припоя, который может мешать посадке в отверстия и вызывать проблемы с контактами или механическим напряжением. Производитель прямо пишет: если планируется установка на плату — нужно отдельно консультироваться с инженерным отделом Murata.
Также указано максимально допустимое усилие на вырывание выводов — 9,8 Н, до этого значения не должно быть разрушений или серьёзных повреждений. То есть, если тянуть сильнее — уже зона риска.
Как Murata измеряет характеристики MA40S4R
В спецификации приведена типовая измерительная схема, которая используется для проверки чувствительности и температурных характеристик:
- В качестве источника ультразвука выступает генераторный тракт с твитером и стандартным конденсаторным микрофоном (Brüel & Kjær).
- Приёмник MA40S4R размещается на фиксированном расстоянии 30 см от источника.
- Уровень звукового давления на частоте 40 кГц задаётся как 94 дБ, а выход датчика снимается через нагрузочный резистор 3,9 кОм и усиливается для измерения.
Перед измерением температурной зависимости датчик выдерживают в климатической камере не менее 15 минут при заданной температуре, после чего проводят измерение по той же схеме. Это нужно, чтобы результат отражал реальное состояние датчика, а не переходные процессы.
Итог: для кого этот приёмник и чем он удобен
MA40S4R — типичный промышленный приёмник для 40 кГц, который хорошо подходит для:
- Ультразвуковых дальномеров и датчиков препятствий.
- Систем измерения расстояния и уровня.
- Промышленных сенсоров присутствия, контроля объекта или поверхности.
Он сочетает:
- Широкий рабочий температурный диапазон −40…+85 °C.
- Стабильность чувствительности в пределах ±3 дБ по температуре и после испытаний на удары, вибрации, влажность и температурные циклы.
- Чётко прописанные ограничения по применению, хранению и монтажу, которые позволяют заранее оценить риски и правильно встроить датчик в изделие.
Если смотреть на него глазами разработчика, это не «магический сенсор», а честный, до предела конкретный компонент: Murata детально описывает, что он умеет, в каких условиях живёт и где его использовать категорически не стоит. Всё остальное — дело схемотехники, механики и здравого смысла конструктора.
Битран - оставьте заявку на поставку промышленной электроники.
Bitran.ru
info@bitran.ru
+7 (495) 955-13-18