Zobrazení: 585 Autor: Editor webu Čas publikování: 21. 5. 2020 Původ: místo
Ultrazvukové senzory jsou bezkontaktní senzory, které využívají vysokofrekvenční zvukové vlny k detekci objektů, měření vzdálenosti, sledování hladiny kapaliny a identifikaci polohy materiálu. Jsou široce používány ve výrobě, energetických systémech, metalurgii, stavebních materiálech, chemikáliích, zpracování potravin, automobilech, skladování, lodích, textilu, dopravě, robotice, monitorování hladiny kapalin, detekci průtoku v otevřených kanálech a průmyslové automatizaci.
Hlavními výhodami ultrazvukových senzorů jsou vysoká přesnost měření, stabilní provoz, bezkontaktní detekce, silná směrovost a schopnost pracovat s mnoha tekutými i pevnými materiály. Ultrazvukové senzory však mají také omezení, jako je pevný frekvenční rozsah, relativně vysoké napájecí napětí, slepé zóny, omezený dosah a citlivost na teplotu, měkké materiály, proudění vzduchu a podmínky instalace.
Ultrazvukový senzor funguje tak, že vysílá ultrazvukové vlny a přijímá odražené echo. Senzor vysílá vysokofrekvenční zvukový impuls směrem k cíli. Když zvuková vlna dosáhne povrchu předmětu, část vlny se odrazí zpět k přijímači. Senzor pak vypočítá vzdálenost nebo polohu na základě doby mezi vysíláním a příjmem.
Ultrazvuková sonda je obvykle založena na piezoelektrických keramických prvcích. Tyto piezoelektrické prvky mohou přeměnit elektrickou energii na mechanické vibrace pro přenos ultrazvukových vln a mohou také přeměnit přijaté vibrace zpět na elektrické signály.
Když aplikovaný pulzní signál odpovídá přirozené rezonanční frekvenci piezoelektrického prvku, prvek silně vibruje a generuje ultrazvukové vlny. Když se odražené vlny vrátí do sondy, piezoelektrický prvek přijme vibrace a převede je na elektrický signál pro analýzu.
| Výhoda | Proč na tom záleží |
|---|---|
| Bezkontaktní měření | Senzor dokáže detekovat předměty, aniž by se jich dotýkal, což je užitečné pro křehké, pohyblivé, horké nebo korozivní materiály. |
| Pracuje s mnoha materiály | Ultrazvukové senzory mohou měřit mnoho kapalin a pevných látek, včetně neprůhledných materiálů, které jsou pro optické senzory obtížné. |
| Není ovlivněna barvou ani průhledností | Protože je detekce založena na odrazu zvuku, cílová barva a průhlednost mají obvykle malý vliv na měření. |
| Dobrá směrovost | Ultrazvukové vlny mají krátké vlnové délky a silnou směrovost, díky čemuž jsou vhodné pro měření vzdálenosti a hladiny. |
| Může pracovat v tmavém prostředí | Na rozdíl od optických senzorů nejsou ultrazvukové senzory závislé na viditelném světle. |
| Užitečné v prachu, kouři nebo mlze | Mnoho ultrazvukových senzorů může fungovat lépe než optické senzory v prašném, zakouřeném nebo slabém osvětlení. |
| Nevýhoda | Dopad na aplikaci |
|---|---|
| Pevný frekvenční rozsah | Snímač 40 kHz obvykle pracuje pouze v blízkosti svého navrženého frekvenčního rozsahu, jako je přibližně 38-42 kHz. |
| Vyšší hnací napětí | Některé ultrazvukové měniče vyžadují vysoké špičkové napětí, takže nízkonapěťové obvody mohou potřebovat zesilovací obvod nebo transformátor. |
| Vliv teploty | Rychlost zvuku se mění s teplotou vzduchu, což může ovlivnit přesnost měření vzdálenosti. |
| Měkké materiály pohlcují zvuk | Pěna, tkanina a další měkké povrchy mohou absorbovat ultrazvukové vlny a snížit sílu ozvěny. |
| Slepá zóna | Objekty příliš blízko senzoru se mohou nacházet v minimální detekční vzdálenosti a nelze je přesně změřit. |
| Omezený rozsah | Ultrazvukové vlny se se vzdáleností zeslabují, takže dosah snímače je omezen frekvencí, výkonem, povrchem cíle a prostředím. |
Ultrazvukové vlny mají vysokou frekvenci, krátkou vlnovou délku, malou difrakci, silnou směrovost a dobrou penetraci v mnoha kapalinách a pevných látkách. Když se ultrazvukové vlny setkají s nečistotou, hranicí nebo materiálovým rozhraním, vytvářejí odražené ozvěny, které lze detekovat a analyzovat.
Ultrazvukové senzory mohou také podporovat detekci pohybujících se objektů na bázi Dopplera. Díky tomu je ultrazvuková technologie užitečná při měření vzdálenosti, měření hladiny kapalin, detekci objektů, monitorování průtoku, detekci defektů, robotice, parkovací asistenci, průmyslové automatizaci a lékařském vybavení.
K detekci a měření se často používají nízkovýkonové ultrazvukové sondy. V závislosti na typu a struktuře vlny mohou ultrazvukové sondy zahrnovat přímé sondy pro podélné vlny, šikmé sondy pro příčné vlny, sondy povrchových vln, sondy Lamb vln a duální sondy, kde jeden prvek vysílá a druhý přijímá.
Pro průmyslové a spotřebitelské aplikace patří mezi běžné produkty otevřené ultrazvukové senzory, vodotěsné ultrazvukové senzory, vysokofrekvenční ultrazvukové senzory, parkovací senzory a hladinové senzory. Správná volba závisí na dosahu, frekvenci, krytu, vodotěsnosti, cílovém materiálu a prostředí instalace.
Přesnost ultrazvukového senzoru závisí na frekvenci, citlivosti, napájecím napětí, cílovém povrchu, teplotě vzduchu, vlhkosti, proudění vzduchu, úhlu instalace a zpracování signálu ozvěny. Snímač s teplotní kompenzací může snížit chybu způsobenou změnami rychlosti zvuku.
Citlivost závisí především na piezoelektrickém prvku. Větší koeficient elektromechanické vazby obvykle znamená vyšší citlivost. Vyšší citlivost pomáhá senzoru přijímat slabší ozvěny, ale konečný výkon stále závisí na návrhu celého obvodu a prostředí aplikace.
Ultrazvukové senzory se používají v průmyslovém měření, zemědělství, lehkém průmyslu, lékařském vybavení, parkovacích systémech, robotice, bezpečnostních systémech, monitorování hladiny, detekci objektů a nedestruktivním testování. Dokážou detekovat zvuky a ozvěny, které lidské uši neslyší, a poté informace převést na užitečná data o vzdálenosti, poloze nebo materiálu.
V praktických aplikacích lze ultrazvukové určování vzdálenosti použít pro vyhýbání se překážkám, měření hladiny v nádrži, detekci průtoku v otevřeném kanálu, pomoc při couvání vozidla, navigaci robota, polohování materiálu a detekci vad v kovových nebo pevných konstrukcích.
Při výběru ultrazvukového senzoru nejprve potvrďte detekční vzdálenost, slepou zónu, cílový materiál, požadovanou přesnost, provozní frekvenci, napájecí napětí, úhel paprsku, dobu odezvy, požadavky na vodotěsnost a rozsah pracovních teplot.
Pro venkovní nebo mokré prostředí je obvykle preferován vodotěsný ultrazvukový senzor. Pro přesnou detekci krátkého dosahu může vyšší rozlišení poskytnout snímač vyšší frekvence. Pro detekci na velkou vzdálenost může být vhodnější nižší frekvence a silnější vysílací výkon.
Před sériovou výrobou otestujte snímač v reálné montážní poloze a prostředí. Skutečný výkon může ovlivnit montážní úhel, otvor krytu, tvar cíle, blízké překážky, kolísání teploty a elektrický šum.
Ultrazvukové senzory nabízejí přesné, stabilní a bezkontaktní měření mnoha kapalných a pevných materiálů. Jsou zvláště užitečné, když je optická detekce ovlivněna barvou, průhledností, tmou, prachem, kouřem nebo odrazem povrchu.
Ultrazvukové senzory se přitom nehodí pro každou situaci. Technici by měli před výběrem senzoru zvážit frekvenci, napětí, citlivost, teplotní kompenzaci, slepou zónu, dosah, cílový materiál a podmínky instalace.
Ultrazvukový senzor měří vzdálenost odesláním vysokofrekvenčního zvukového impulsu a přijetím odražené ozvěny. Vzdálenost se vypočítává z doby, za kterou se zvuková vlna dostane k cíli a vrátí se.
Ultrazvukové snímače mohou být ve vhodných podmínkách vysoce přesné, zejména pro bezkontaktní měření vzdálenosti a hladiny. Přesnost závisí na teplotě, vlhkosti, cílovém povrchu, frekvenci snímače, úhlu instalace a zpracování signálu.
Teplota mění rychlost zvuku ve vzduchu. Při změně teploty se může měřená vzdálenost posunout, pokud snímač nepoužívá teplotní kompenzaci nebo systém neopraví odečet.
Vyberte si otevřený typ ultrazvukového senzoru pro čisté vnitřní prostředí a kompaktní zařízení. Vyberte si vodotěsný ultrazvukový senzor pro venkovní, vlhké, prašné prostředí nebo prostředí náchylné k stříkající vodě.
Používejte správnou frekvenci, udržujte snímač zarovnaný s cílem, vyhýbejte se blízkým překážkám, zajistěte stabilní jízdní napětí, použijte teplotní kompenzaci a otestujte snímač v prostředí konečné instalace.
