Прагляды: 110 Аўтар: Грэйс Час публікацыі: 2021-06-25 Паходжанне: Сайт
Ультрагукавыя датчыкі - гэта прылады, якія выкарыстоўваюць высокачашчынныя гукавыя хвалі для выяўлення аб'ектаў, вымярэння адлегласці або маніторынгу руху. Яны пераўтвараюць электрычныя сігналы ў ультрагукавыя хвалі, а затым пераўтвараюць адлюстраванае рэха назад у электрычныя сігналы для вымярэння і кантролю.
Ультрагукавая хваля - гэта механічная гукавая хваля з частатой вышэй за 20 кГц. Паколькі ультрагукавыя хвалі маюць кароткую даўжыню хвалі, добрую накіраванасць і адносна стабільнае распаўсюджванне ў паветры, яны шырока выкарыстоўваюцца ў вымярэнні адлегласці, выяўленні аб'ектаў, вызначэнні ўзроўню вадкасці, датчыках паркоўкі, робататэхніцы і прамысловай аўтаматызацыі.
Тыповы ультрагукавы датчык адлегласці выкарыстоўвае перадатчык для выпраменьвання гукавых хваль і прыёмнік для ўлоўлівання адлюстраванай хвалі. Вымяраючы час паміж перадачай і прыёмам рэха, датчык можа вылічыць адлегласць ад датчыка да мэтавага аб'екта.
Ультрагукавы датчык - гэта бескантактавы датчык, які выкарыстоўвае ультрагук для выяўлення прысутнасці, адлегласці, становішча або руху аб'екта. Ён можа працаваць як ультрагукавы датчык адлегласці, датчык выяўлення аб'ектаў, датчык узроўню вадкасці або датчык набліжэння ў залежнасці ад канструкцыі схемы і прымянення.
У многіх ультрагукавых датчыках 40 кГц для генерацыі і прыёму ультрагукавых хваль выкарыстоўваецца керамічны пераўтваральнік. Перадатчык пасылае ультрагукавой імпульс, а прымач выяўляе рэха, адлюстраванае ад мэты. Затым схема датчыка апрацоўвае рэха-сігнал і выдае даныя аб адлегласці або выяўленні.
Пара ультрагукавых датчыкаў можа складацца з асобных перадатчыка і прымача, або абедзве функцыі могуць быць убудаваныя ў адзін прыёмаперадатчык. На малюнку ніжэй паказаны кампаненты ультрагукавога перадатчыка і прымача Manorshi 40 кГц. Іншыя прадукты ультрагукавога датчыка даступныя на Ультрагукавой датчык Manorshi.
Прынцып працы ультрагукавога датчыка заснаваны на перадачы гукавой хвалі, адлюстраванні і выяўленні рэха. Датчык выпраменьвае ультрагукавы імпульс у бок мэты. Калі гукавая хваля дасягае паверхні аб'екта, частка хвалі адбіваецца назад да прымача.
Датчык вымярае час праходжання рэха, які таксама называюць часам палёту. Паколькі хуткасць гуку ў паветры вядомая, адлегласць можна вылічыць па часе праходжання ультрагукавой хвалі туды і назад.
Адлегласць = Хуткасць гуку × Час рэха / 2
Вынік дзеліцца на 2, таму што гукавая хваля праходзіць ад датчыка да аб'екта, а затым вяртаецца ад аб'екта да датчыка. Вымераны час рэха - гэта час зваротнага сігналу, а не час у адзін бок.
| Крок | Што адбываецца |
|---|---|
| 1. Уваход электрычнага сігналу | Схема падае электрычны сігнал на ультрагукавой перадатчык. |
| 2. Выпраменьванне ультрагукавой хвалі | П'езаэлектрычны пераўтваральнік вібруе і выпраменьвае ультрагукавыя хвалі. |
| 3. Рэхаадлюстраванне | Хваля адбіваецца, калі яна сустракаецца з аб'ектам, паверхняй вадкасці або падзелам паверхні. |
| 4. Рэхапрыём | Прыёмнік выяўляе адлюстраваную ультрагукавую хвалю. |
| 5. Разлік сігналаў | Схема кіравання разлічвае адлегласць па часе палёту. |
Ан ультрагукавой перадатчык звычайна выкарыстоўвае п'езаэлектрычны керамічны крышталь, прымацаваны да металічнай вібрацыйнай пласціны або рэзанатара. Калі на п'езакерамічны элемент падаецца пераменнае электрычнае напружанне, ён хутка пашыраецца і сціскаецца.
Гэтая механічная вібрацыя стварае ультрагукавыя хвалі. Рэзанатар і корпус дапамагаюць накіроўваць акустычную энергію наперад, таму выпраменьваная гукавая хваля распаўсюджваецца як накіраваны прамень, а не распаўсюджваецца аднолькава ва ўсіх напрамках.
Ультрагукавой прыёмнік працуе наадварот. Калі адлюстраваная ультрагукавая хваля даходзіць да прымача, вібрацыйная пласціна рухаецца. Гэтая вібрацыя перадаецца на п'езаэлектрычны керамічны дыск.
З-за п'езаэлектрычнага эфекту керамічны элемент генеруе электрычны сігнал пры механічнай нагрузцы. Ланцуг датчыка ўзмацняе і апрацоўвае гэты слабы сігнал, каб вызначыць, ці вярнулася рэха і колькі часу спатрэбілася, каб прыбыць.
Карацей кажучы, ультрагукавыя датчыкі могуць як перадаваць, так і прымаць ультрагукавыя хвалі. Пры перадачы яны ператвараюць электрычную энергію ў ультрагукавую вібрацыю. Пры прыёме рэха яны пераўтвараюць ультрагукавую вібрацыю ў электрычныя сігналы. Таму іх яшчэ называюць ультрагукавымі датчыкамі.
Паколькі п'езаэлектрычны элемент звычайна круглы, выпраменьваная ультрагукавая хваля мае накіраваную дыяграму прамяня. Папярочны перасек пучка часта падобны на эліпс, таму дыяпазон выяўлення абмежаваны вуглом, частатой, памерам пераўтваральніка, акустычнай магутнасцю і адлюстраваннем мэты.
Для некаторых канструкцый ультрагукавых датчыкаў гарызантальны вугал выяўлення можа быць шырэй, чым вертыкальны вугал выяўлення. Напрыклад, датчык можа мець гарызантальны кут прамяня каля 120 градусаў і вертыкальны кут прамяня каля 60 градусаў, у залежнасці ад структуры і прымянення. Уплыў
| каэфіцыента прадукцыйнасці | на працу датчыка |
|---|---|
| Частата | Больш нізкія частоты распаўсюджваюцца далей, у той час як больш высокія частоты могуць забяспечыць лепшае разрозненне на меншых адлегласцях. |
| Кут прамяня | Вузкі прамень паляпшае накіраванае выяўленне; шырокі прамень ахоплівае большую плошчу. |
| Мэтавая паверхня | Плоскія цвёрдыя паверхні адлюстроўваюць ультрагук лепш, чым мяккія, скошаныя або кіпрыя паверхні. |
| тэмпература | Тэмпература змяняе хуткасць гуку і можа паўплываць на дакладнасць адлегласці. |
| Асяроддзе | Пыл, вільгаць, вецер, пена, вібрацыя і іншыя ультрагукавыя крыніцы могуць паўплываць на якасць сігналу. |
Простая структура і зручнае выраб.
Бескантактавае вымярэнне адлегласці без дакранання да мэтавага аб'екта.
Колер мэты, празрыстасць або навакольнае асвятленне менш уплываюць, чым аптычныя датчыкі.
Падыходзіць для выяўлення празрыстых аб'ектаў, глянцавых паверхняў, узроўняў вадкасці і многіх цвёрдых матэрыялаў.
Звычайныя электрамагнітныя палі навакольнага асяроддзя не паддаюцца перашкодам.
Можа быць распрацаваны як адкрытага тыпу, воданепранікальнага тыпу, высокачашчыннага тыпу, перадатчыка, прыёмніка або інтэграванага прыёмаперадатчыка.
| Тып | Апісанне | Звычайнае выкарыстанне |
|---|---|---|
| Ультрагукавы перадатчык | Пераўтварае электрычныя сігналы ў ультрагукавыя хвалі. | Дыстанцыйныя модулі, адпужвальнікі, датчыкі. |
| Ультрагукавы прыёмнік | Пераўтварае ультрагукавыя рэха ў электрычныя сігналы. | Схемы выяўлення рэха і прыёму сігналаў. |
| Ультрагукавы трансівер | Аб'ядноўвае функцыі перадачы і прыёму ў адным прыладзе. | Кампактныя датчыкі адлегласці і модулі выяўлення аб'ектаў. |
| Воданепранікальны ультрагукавой датчык | Выкарыстоўвае герметычны корпус для вільготных, адкрытых або звязаных з вадкасцю асяроддзяў. | Датчыкі паркоўкі, на адкрытым паветры, датчык ўзроўню ў баку. |
| Высокачашчынны ультрагукавой датчык | Выкарыстоўвае больш высокую частату для лепшага раздзялення на меншых адлегласцях. | Дакладнае выяўленне, медыцынскі, прамысловы агляд. |
Ультрагукавыя датчыкі выкарыстоўваюцца ўсюды, дзе неабходна бескантактавае вымярэнне. Яны асабліва карысныя, калі на аптычныя датчыкі могуць уплываць колер, святло, празрыстасць, пыл або блікі.
Датчыкі паркоўкі і радар задняга ходу.
Робат пазбягае перашкод і навігацыі.
Вымярэнне ўзроўню вадкасці ў рэзервуарах і кантэйнерах.
Прамысловая аўтаматызацыя і выяўленне аб'ектаў.
Разумныя смеццевыя бакі, аўтаматычныя дзверы і выяўленне прысутнасці.
Вымярэнне расходу, выяўленне ўцечак і неразбуральны кантроль у спецыялізаваных сістэмах.
Нягледзячы на тое, што ультрагукавыя датчыкі надзейныя ў многіх сферах прымянення, яны не падыходзяць для кожнай мэты або асяроддзя. Мяккія, порыстыя, нахіленыя, вельмі маленькія або гукапаглынальныя аб'екты могуць выдаваць слабы рэха. Пена, турбулентнасць, моцнае рух паветра і змены тэмпературы таксама могуць паўплываць на дакладнасць вымярэнняў.
Для дакладнага ультрагукавога вымярэння адлегласці інжынеры павінны выбраць правільную частату, кут прамяня, тып датчыка, месца ўстаноўкі і метад кампенсацыі. У цяжкіх умовах звычайна аддаюць перавагу воданепранікальным або герметычным ультрагукавым датчыкам.
Ультрагукавыя датчыкі працуюць, перадаючы высокачашчынныя гукавыя хвалі і прымаючы адлюстраванае рэха. Адлегласць разлічваецца па часе рэха і хуткасці гуку з выкарыстаннем прынцыпу часу пралёта.
Паколькі ультрагукавыя датчыкі бескантактавыя, неадчувальныя да колеру і святла і падыходзяць для многіх цвёрдых і вадкіх мэтаў, яны шырока выкарыстоўваюцца для вымярэння адлегласці, выяўлення аб'ектаў, вызначэння ўзроўню вадкасці, аўтамабільных сістэм і прамысловай аўтаматызацыі.
Ультрагукавыя датчыкі вымяраюць адлегласць, выпраменьваючы гукавы імпульс, прымаючы адлюстраванае рэха і вылічваючы адлегласць па часе рэха. Асноўная формула: адлегласць = хуткасць гуку × час / 2.
Ультрагукавы перадатчык пераўтворыць электрычную энергію ў ультрагукавыя хвалі. Ультрагукавой прыёмнік пераўтворыць адлюстраваныя ультрагукавыя хвалі ў электрычныя сігналы. Некаторыя ультрагукавыя пераўтваральнікі могуць выконваць абедзве функцыі ў адным кампаненце.
Ультрагукавыя датчыкі 40 кГц з'яўляюцца агульнымі, таму што яны забяспечваюць практычны баланс паміж дыяпазонам, адчувальнасцю, памерам кампанентаў, энергаспажываннем і коштам. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў модулях дальнасці, выяўлення аб'ектаў і сістэмах датчыкаў паркоўкі.
так. Паколькі ультрагукавыя датчыкі выкарыстоўваюць гукавыя хвалі замест святла, яны могуць выяўляць шмат празрыстых аб'ектаў, цяжкіх для аптычных датчыкаў. Фактычны вынік залежыць ад формы аб'екта, кута, памеру і акустычнага адлюстравання.
На дакладнасць могуць уплываць тэмпература, вільготнасць, вецер, вугал цэлі, матэрыял мішэні, шурпатасць паверхні, выраўноўванне датчыка, вугал прамяня, шум навакольнага асяроддзя і рэха-перашкоды ад бліжэйшых аб'ектаў.
На ультрагукавыя датчыкі звычайна не ўплывае бачнае святло або колер аб'ектаў, таму што яны выкарыстоўваюць гукавыя хвалі. Гэта робіць іх карыснымі для цёмных асяроддзяў, празрыстых мішэняў, бліскучых паверхняў і прыкладанняў, дзе аптычныя датчыкі могуць быць ненадзейнымі.
Ультрагукавыя датчыкі адлегласці выкарыстоўваюцца ў радарах задняга ходу аўтамабіляў, робатах для ўхілення перашкод, вымярэнні ўзроўню вадкасці, прамысловай аўтаматызацыі, разумных смеццевых баках, аўтаматычных дзвярах, парковачных сістэмах і абсталяванні бескантактавага выяўлення.
