Zobrazení: 352 Autor: Editor webu Čas publikování: 22. 5. 2020 Původ: místo
V každodenní produkci a životě, Ultrazvukové snímače rozsahu jsou široce používány pro couvací radar automobilů, vyhýbání se překážkám robotů, stavební měření, detekci hladiny kapalin, měření hloubky vrtu, měření délky potrubí a další aplikace bezkontaktního měření vzdálenosti.
Základní metodou měření vzdálenosti ultrazvukového senzoru je měření doby letu. Senzor vysílá ultrazvukový puls, přijímá ozvěnu odraženou od cíle, měří dobu zpáteční cesty a vypočítává vzdálenost z rychlosti zvuku.
Běžné ultrazvukové měřící systémy jsou obvykle založeny na jednočipovém mikropočítači, vestavěném řadiči nebo CPLD. Bez ohledu na to, která řídicí platforma je použita, musí základní návrh nejprve porozumět ultrazvukovému echo rozsahu, rychlosti zvuku, teplotní kompenzaci, slepé zóně a podmínkám odrazu cíle.
Ultrazvukový senzor převádí elektrické signály na ultrazvukové vlny a převádí přijaté ultrazvukové ozvěny zpět na elektrické signály. Ultrazvukové vlny jsou mechanické vlny s frekvencí nad 20 kHz. Mají silnou směrovost, pomalé ztráty energie a relativně dlouhou vzdálenost šíření ve vzduchu, kapalině nebo pevném médiu.
Když ultrazvuková vlna dosáhne překážky, rozhraní, povrchu kapaliny nebo pevného cíle, část vlny se odrazí zpět jako ozvěna. Přijímací prvek detekuje tuto ozvěnu a řídicí obvod vypočítá vzdálenost z naměřené doby jízdy.
Protože ultrazvukové měření vzdálenosti je bezkontaktní, levné a přizpůsobitelné mnoha materiálům, poskytuje užitečnou rovnováhu mezi odezvou v reálném čase, přesností, spolehlivostí a cenou.
Nejběžnější metodou ultrazvukového určování vzdálenosti je metoda zjišťování času zpáteční cesty, nazývaná také měření času letu nebo ToF. Senzor vyšle ultrazvukový impuls v jednom směru a spustí časování. Když se echo vrátí, systém zastaví měření času a vypočítá jednosměrnou vzdálenost.
Pokud s je vzdálenost mezi senzorem a měřeným cílem, t je naměřená doba oběhu a v je rychlost šíření zvuku, vzorec vzdálenosti je:
s = v × t/2
Dělení 2 je nutné, protože ultrazvukový puls putuje od senzoru k cíli a poté se vrací z cíle do senzoru. Naměřená doba je celková doba zpáteční cesty, nikoli doba jednosměrné cesty.
Pro vysoce přesné ultrazvukové měření vzdálenosti je teplotní kompenzace důležitá, protože rychlost zvuku ve vzduchu se mění s teplotou. Teplý vzduch zvyšuje rychlost zvuku, zatímco studený vzduch ji snižuje.
Běžně používaný vzorec teplotní kompenzace je:
v = 331,4 + 0,607 T
V tomto vzorci je T okolní teplota ve °C a v je rychlost zvuku v m/s. Přidání teplotní kompenzace může snížit chybu měření, zejména ve venkovním, průmyslovém prostředí nebo v prostředí s proměnlivou teplotou.
| Metoda | Jak to funguje | Nejlepší Použití |
|---|---|---|
| Metoda doby letu | Měří dobu mezi vysíláním ultrazvuku a příjmem ozvěny. | Měření vzdálenosti, detekce překážek, měření hladiny kapalin. |
| Metoda fázové detekce | Vypočítá vzdálenost z fázového rozdílu mezi vysílanými a přijímanými vlnami. | Systémy měření krátkého dosahu a vyššího rozlišení. |
| Amplitudová metoda echa | Analyzuje sílu odraženého ultrazvukového signálu. | Detekce cíle, analýza odrazu materiálu, posouzení kvality signálu. |
| faktoru | na | optimalizaci měření Tip |
|---|---|---|
| Teplota | Mění rychlost zvuku a způsobuje chybu vzdálenosti. | Použijte teplotní kompenzaci v řídicím algoritmu. |
| Slepá zóna | Velmi blízké cíle nemusí být správně detekovány kvůli zvonění snímače. | Pro měření na krátkou vzdálenost zvolte ultrazvukový senzor s malou slepou oblastí. |
| Cílový úhel | Šikmé povrchy mohou odrážet ozvěnu směrem od přijímače. | Udržujte senzor co nejvíce kolmo k cílovému povrchu. |
| Cílový materiál | Měkké, porézní materiály nebo materiály pohlcující zvuk snižují sílu ozvěny. | Otestujte skutečný cílový materiál během validace produktu. |
| Hluk prostředí | Jiné zdroje ultrazvuku nebo vibrace mohou způsobit falešné hodnoty. | Použijte filtrování, stínění a vhodnou logiku vzorkování. |
| Voda, prach a koroze | Drsné prostředí může snížit životnost snímače a kvalitu signálu. | V případě potřeby použijte vodotěsné a korozivzdorné ultrazvukové senzory. |
Běžná struktura ultrazvukového zaměřování používá jednu vysílací hlavu a jednu přijímací hlavu. Vysílač vysílá ultrazvukové vlny a přijímač detekuje odraženou ozvěnu. Tato struktura je jednoduchá a vhodná pro mnoho obecných aplikací měření vzdálenosti.
Některé systémy používají více vysílacích hlav s jednou přijímací hlavou nebo více senzorových modulů uspořádaných v poli. Tento design může zlepšit pokrytí detekcí, snížit slepá místa a podporovat složitější scénáře měření, jako je navigace robota nebo vícebodová detekce hladiny kapaliny.
Couvací radar a parkovací asistenční systémy.
Robotické vyhýbání se překážkám a automatická navigace.
Měření hladiny kapalin v nádržích, kontejnerech a průmyslových zařízeních.
Hloubka vrtu, délka potrubí a měření staveniště.
Detekce objektů v automatizačních zařízeních a výrobních linkách.
Vodotěsné snímání vzdálenosti ve venkovním nebo vlhkém prostředí.
Ultrazvukové snímače vzdálenosti jsou oblíbené, protože podporují bezkontaktní měření, mají jednoduchý pracovní princip a dokážou detekovat mnoho pevných a kapalných cílů bez ohledu na barvu nebo průhlednost. Jsou také nákladově efektivní ve srovnání s některými řešeními optického nebo laserového měření.
Pomocí ultrazvukového senzoru s malým úhlem a malou slepou zónou může systém dosáhnout přesnějšího měření v kompaktních prostorech. Vodotěsné a korozivzdorné provedení také činí ultrazvukové senzory užitečnými při hladinách kapalin, venkovních a průmyslových aplikacích.
Principem ultrazvukového měření vzdálenosti je posílat ultrazvukové vlny směrem k cíli, přijímat odražené echo, měřit dobu zpáteční cesty a vypočítat vzdálenost pomocí rychlosti zvuku. Základní vzorec je s = v × t / 2.
Pro přesnější ultrazvukové určování by konstruktéři měli zvážit teplotní kompenzaci, slepou zónu, cílový úhel, odraz materiálu, okolní hluk a instalaci senzoru. Správný výběr senzoru a zpracování signálu může zlepšit stabilitu měření v reálných aplikacích.
Metoda měření vzdálenosti pomocí ultrazvukového senzoru měří vzdálenost odesláním ultrazvukového impulsu, přijetím odražené ozvěny a výpočtem vzdálenosti z doby průchodu zvuku. To se také nazývá ultrazvukové měření doby letu nebo ozvěny.
Základní vzorec ultrazvukové vzdálenosti je s = v × t / 2 . V tomto vzorci s je vzdálenost, v je rychlost zvuku a t je naměřená doba oběhu ultrazvukového pulzu.
Senzor měří celkový čas, za který se ultrazvuková vlna dostane k objektu a vrátí se. Protože se jedná o zpáteční cestu, výsledek musí být vydělen 2, aby se získala jednosměrná vzdálenost mezi senzorem a cílem.
Teplota mění rychlost zvuku ve vzduchu. Pokud se teplota změní, ale systém stále používá pevnou rychlost zvuku, vypočítaná vzdálenost bude mít chybu. Teplotní kompenzace pomáhá zlepšit přesnost ultrazvukového rozsahu.
Slepá zóna je minimální vzdálenost, kde snímač nemůže spolehlivě měřit. Obvykle je způsobena zvoněním převodníku po přenosu. Pro detekci na krátkou vzdálenost zvolte ultrazvukový senzor s malou slepou plochou.
Měkké, porézní, zvuk pohlcující, velmi tenké nebo ostře šikmé povrchy mohou snížit sílu ozvěny. Pěna, tkanina a šikmé předměty mohou způsobit slabé nebo nestabilní hodnoty ultrazvukové vzdálenosti.
Ultrazvukové snímače vzdálenosti se běžně používají v parkovacích senzorech, vyhýbání se překážkám robotů, měření hladiny kapalin, průmyslové automatizaci, stavebním měření, detekci potrubí a bezkontaktních systémech měření vzdálenosti.
