Kyke: 110 Skrywer: Grace Publiseer Tyd: 2021-06-25 Oorsprong: Werf
Ultrasoniese sensors is toestelle wat hoëfrekwensie klankgolwe gebruik om voorwerpe op te spoor, afstand te meet of beweging te monitor. Hulle omskep elektriese seine in ultrasoniese golwe en skakel dan weerkaatsde eggo's terug in elektriese seine vir meting en beheer.
'n Ultrasoniese golf is 'n meganiese klankgolf met 'n frekwensie hoër as 20kHz. Omdat ultrasoniese golwe kort golflengte, goeie rigting en relatief stabiele voortplanting in lug het, word dit wyd gebruik in afstandmeting, voorwerpopsporing, vloeistofvlakwaarneming, parkeersensors, robotika en industriële outomatisering.
'n Tipiese ultrasoniese afstandsensor gebruik 'n sender om klankgolwe uit te stuur en 'n ontvanger om die gereflekteerde golf vas te vang. Deur die tyd tussen transmissie en eggo-ontvangs te meet, kan die sensor die afstand van die sensor na die teikenvoorwerp bereken.
'n Ultrasoniese sensor is 'n nie-kontaksensor wat ultraklank gebruik om die teenwoordigheid, afstand, posisie of beweging van 'n voorwerp op te spoor. Dit kan werk as 'n ultrasoniese afstand sensor, voorwerp opsporing sensor, vloeistof vlak sensor, of nabyheid sensor, afhangende van die stroombaan ontwerp en toepassing.
In baie 40kHz ultrasoniese sensors word 'n keramiese transducer gebruik om ultrasoniese golwe te genereer en te ontvang. Die sender stuur 'n ultrasoniese puls, en die ontvanger bespeur die eggo wat deur die teiken gereflekteer word. Die sensorkring verwerk dan die eggo-sein en voer afstand- of opsporingdata uit.
'n Paar ultrasoniese sensors kan van 'n aparte sender en ontvanger gemaak word, of albei funksies kan in 'n enkele transceiver-eenheid ingebed word. Die prent hieronder toon Manorshi 40kHz ultrasoniese sender en ontvanger komponente. Meer ultrasoniese sensor produkte is beskikbaar by Manorshi ultrasoniese sensor.
Die werkingsbeginsel van 'n ultrasoniese sensor is gebaseer op klankgolfoordrag, refleksie en eggo-opsporing. Die sensor stuur 'n ultrasoniese puls na 'n teiken uit. Wanneer die klankgolf die voorwerpoppervlak bereik, reflekteer 'n deel van die golf terug na die ontvanger.
Die sensor meet die eggo-reistyd, ook genoem tyd-van-vlug. Aangesien die spoed van klank in lug bekend is, kan die afstand bereken word vanaf die terugreistyd van die ultrasoniese golf.
Afstand = Spoed van Klank × Echo Tyd / 2
Die resultaat word deur 2 gedeel omdat die klankgolf van die sensor na die voorwerp beweeg en dan van die voorwerp na die sensor terugkeer. Die gemete eggo-tyd is 'n retoertyd, nie 'n eenrigtingtyd nie.
| Stap | Wat Gebeur |
|---|---|
| 1. Elektriese sein insette | Die stroombaan pas 'n elektriese sein op die ultrasoniese sender toe. |
| 2. Ultrasoniese golf emissie | Die piëso-elektriese transducer vibreer en straal ultrasoniese golwe uit. |
| 3. Echo refleksie | Die golf weerkaats wanneer dit 'n voorwerp, vloeistofoppervlak of koppelvlak ontmoet. |
| 4. Eggo-ontvangs | Die ontvanger bespeur die gereflekteerde ultrasoniese golf. |
| 5. Seinberekening | Die beheerkring bereken afstand vanaf die tyd van vlug. |
An ultrasoniese sender gebruik gewoonlik 'n piëzo-elektriese keramiek kristal wat aan 'n metaal vibrasieplaat of resonator geheg is. Wanneer 'n elektriese wisselspanning op die piëzokeramiese element toegepas word, brei dit uit en trek vinnig saam.
Hierdie meganiese vibrasie genereer ultrasoniese golwe. Die resonator en behuising help om die akoestiese energie vorentoe te rig, sodat die uitgestraalde klankgolf as 'n rigtingstraal beweeg eerder as om eweredig in alle rigtings te versprei.
'n Ultrasoniese ontvanger werk in die teenoorgestelde manier. Wanneer 'n gereflekteerde ultrasoniese golf die ontvanger bereik, beweeg die vibrasieplaat. Hierdie vibrasie word na die piëso-elektriese keramiekskyf oorgedra.
As gevolg van die piëso-elektriese effek, genereer die keramiekelement 'n elektriese sein wanneer dit meganies onder spanning gebring word. Die sensorkring versterk en verwerk hierdie swak sein om te bepaal of 'n eggo teruggekeer het en hoe lank die eggo geneem het om te arriveer.
Kortom, ultrasoniese sensors kan beide ultrasoniese golwe uitstuur en ontvang. Wanneer hulle uitsaai, skakel hulle elektriese energie om in ultrasoniese vibrasie. Wanneer hulle eggo's ontvang, skakel hulle ultrasoniese vibrasie om in elektriese seine. Dit is hoekom hulle ook ultrasoniese transducers genoem word.
Omdat die piëso-elektriese element gewoonlik sirkelvormig is, het die uitgestraalde ultrasoniese golf 'n rigtingstraalpatroon. Die deursnee van die straal is dikwels soortgelyk aan 'n ellips, dus word die waarnemingsreeks beperk deur hoek, frekwensie, omvormergrootte, akoestiese krag en teikenrefleksie.
Vir sommige ultrasoniese sensorontwerpe kan die horisontale opsporingshoek wyer wees as die vertikale opsporingshoek. Byvoorbeeld, 'n sensor kan 'n horisontale straalhoek van ongeveer 120 grade en 'n vertikale straalhoek van ongeveer 60 grade hê, afhangende van struktuur en toepassing.
| Prestasiefaktor | -effek op sensorwerk |
|---|---|
| Frekwensie | Laer frekwensies beweeg verder, terwyl hoër frekwensies beter resolusie by korter reekse kan bied. |
| Straalhoek | 'n Smal straal verbeter rigtingbespeuring; 'n wye balk dek meer area. |
| Teiken oppervlak | Plat, harde oppervlaktes weerspieël ultraklank beter as sagte, hoekige of poreuse oppervlaktes. |
| Temperatuur | Temperatuur verander die spoed van klank en kan afstandakkuraatheid beïnvloed. |
| Omgewing | Stof, vog, wind, skuim, vibrasie en ander ultrasoniese bronne kan seinkwaliteit beïnvloed. |
Eenvoudige struktuur en gerieflike vervaardiging.
Nie-kontak afstandmeting sonder om aan die teikenvoorwerp te raak.
Minder geraak deur teikenkleur, deursigtigheid of omgewingslig as optiese sensors.
Geskik vir die opsporing van deursigtige voorwerpe, blink oppervlaktes, vloeistofvlakke en baie vaste materiale.
Word nie maklik deur gewone omgewings-elektromagnetiese velde ingemeng nie.
Kan ontwerp word as oop tipe, waterdigte tipe, hoëfrekwensie tipe, sender, ontvanger of geïntegreerde transceiver.
| Tipe | Beskrywing | Tipiese gebruik |
|---|---|---|
| Ultrasoniese sender | Skakel elektriese seine om in ultrasoniese golwe. | Afstandsmodules, afweertoestelle, waarnemingstelsels. |
| Ultrasoniese ontvanger | Skakel ultrasoniese eggo's om in elektriese seine. | Echo opsporing en sein ontvang stroombane. |
| Ultrasoniese transceiver | Kombineer versending en ontvang funksies in een eenheid. | Kompakte afstandsensors en objekbespeuringsmodules. |
| Waterdigte ultrasoniese sensor | Gebruik verseëlde behuising vir vogtige, buitelug- of vloeistofverwante omgewings. | Parkeersensors, buitebaan, tenkvlaksensor. |
| Hoëfrekwensie ultrasoniese sensor | Gebruik hoër frekwensie vir beter resolusie by korter reekse. | Presisie opsporing, mediese, industriële inspeksie. |
Ultrasoniese sensors word gebruik waar nie-kontakmeting ook al nodig is. Hulle is veral nuttig wanneer optiese sensors deur kleur, lig, deursigtigheid, stof of glans beïnvloed kan word.
Motorparkeersensors en truratar.
Robot hindernis vermyding en navigasie.
Vloeistofvlakmeting in tenks en houers.
Industriële outomatisering en voorwerpopsporing.
Slim vullisdromme, outomatiese deure en teenwoordigheidbespeuring.
Vloeimeting, lekopsporing en nie-vernietigende toetsing in gespesialiseerde stelsels.
Alhoewel ultrasoniese sensors betroubaar is in baie toepassings, is hulle nie geskik vir elke teiken of omgewing nie. Sagte, poreuse, hoekige, baie klein of klankabsorberende voorwerpe kan swak eggo's gee. Skuim, turbulensie, sterk lugbeweging en temperatuurveranderinge kan ook meet akkuraatheid beïnvloed.
Vir akkurate ultrasoniese afstandmeting moet ingenieurs die korrekte frekwensie, straalhoek, sensortipe, installasieposisie en kompensasiemetode kies. In moeilike omgewings word waterdigte of verseëlde ultrasoniese sensors gewoonlik verkies.
Ultrasoniese sensors werk deur hoëfrekwensie klankgolwe uit te stuur en die weerkaatsde eggo's te ontvang. Die afstand word bereken uit die eggo-tyd en die spoed van klank deur die tyd-van-vlug-beginsel te gebruik.
Omdat ultrasoniese sensors nie-kontak is, onsensitief vir kleur en lig, en geskik is vir baie vaste en vloeibare teikens, word hulle wyd gebruik in afstandmeting, voorwerpopsporing, vloeistofvlakwaarneming, motorstelsels en industriële outomatisering.
Ultrasoniese sensors meet afstand deur 'n klankpuls uit te stuur, die gereflekteerde eggo te ontvang en afstand vanaf die eggo tyd te bereken. Die basiese formule is afstand = spoed van klank × tyd / 2.
'n Ultrasoniese sender skakel elektriese energie om in ultrasoniese klankgolwe. 'n Ultrasoniese ontvanger skakel gereflekteerde ultrasoniese golwe om in elektriese seine. Sommige ultrasoniese transducers kan beide funksies in een komponent verrig.
40kHz ultrasoniese sensors is algemeen omdat hulle 'n praktiese balans bied tussen omvang, sensitiwiteit, komponentgrootte, kragverbruik en koste. Hulle word wyd gebruik in wisselende modules, voorwerpopsporing en parkeersensorstelsels.
Ja. Omdat ultrasoniese sensors klankgolwe in plaas van lig gebruik, kan hulle baie deursigtige voorwerpe opspoor wat moeilik is vir optiese sensors. Die werklike resultaat hang af van die voorwerpvorm, hoek, grootte en akoestiese refleksie.
Akkuraatheid kan beïnvloed word deur temperatuur, humiditeit, wind, teikenhoek, teikenmateriaal, oppervlakruwheid, sensorbelyning, straalhoek, omgewingsgeraas en eggo-interferensie van nabygeleë voorwerpe.
Ultrasoniese sensors word oor die algemeen nie deur sigbare lig of voorwerpkleur geraak nie omdat hulle klankgolwe gebruik. Dit maak hulle nuttig vir donker omgewings, deursigtige teikens, blink oppervlaktes en toepassings waar optiese sensors onbetroubaar kan wees.
Ultrasoniese afstandsensors word gebruik in motor-omkeerradar, vermyding van robothindernisse, vloeistofvlakmeting, industriële outomatisering, slim asblikke, outomatiese deure, parkeerstelsels en nie-kontak-opsporingstoerusting.
