Ultrazvukové měření vzdálenosti je technologie, která využívá zvukové vlny k určení vzdálenosti mezi dvěma objekty. Stal se základním nástrojem v různých průmyslových odvětvích, včetně automobilového průmyslu, zdravotnictví a robotiky. Účelem tohoto článku je poskytnout komplexní vysvětlení principu ultrazvukového měření vzdálenosti a jeho aplikací.
Co je ultrazvukové měření?
Ultrazvukové měření vzdálenosti je technika, která využívá vysokofrekvenční zvukové vlny k určení vzdálenosti mezi dvěma objekty. Funguje tak, že vysílá ultrazvukovou vlnu z převodníku a měří čas, za který se vlna po dopadu na předmět odrazí zpět. Doba, za kterou se vlna vrátí, se používá k výpočtu vzdálenosti mezi snímačem a objektem. Existují různé typy ultrazvukových senzorů, včetně senzorů s jedním převodníkem a senzorů se dvěma převodníky.
Princip fungování ultrazvukového měření
Princip ultrazvukového měření je založen na fyzice zvukových vln. Když je ultrazvuková vlna přenášena ze snímače, šíří se vzduchem a dosahuje objektu. Vlna se poté odrazí zpět k převodníku a měří se doba, za kterou se vlna vrátí. Tento čas se používá k výpočtu vzdálenosti mezi snímačem a objektem.
Snímač hraje důležitou roli v ultrazvukovém měření. Je zodpovědný za vysílání i příjem ultrazvukových vln. Převodník převádí elektrické signály na mechanické vibrace, které jsou pak přenášeny jako ultrazvukové vlny. Když vlna narazí na předmět a odrazí se zpět, snímač přijme vlnu a převede ji zpět na elektrický signál.
Výhody a omezení ultrazvukového měření
Ultrazvukové měření vzdálenosti má oproti jiným technologiím měření několik výhod. Je bezkontaktní, což znamená, že jej lze použít k měření vzdálenosti mezi objekty, aniž byste se jich fyzicky dotýkali. Je také přesný a poskytuje přesná měření i na velké vzdálenosti.
Ultrazvukový rozsah má však také určitá omezení. Je ovlivněna faktory prostředí, jako je teplota, tlak vzduchu a vlhkost. Také nemůže proniknout pevnými předměty, což znamená, že nemůže měřit vzdálenost k předmětu, který je za jiným předmětem. To může omezit jeho použitelnost v určitých aplikacích.
Ve srovnání s jinými technologiemi měření vzdálenosti, jako je laserové a infračervené měření vzdálenosti, je ultrazvukové měření poměrně levné a snadno implementovatelné. Díky tomu je oblíbenou volbou pro širokou škálu aplikací.
Aplikace ultrazvukového měření
Ultrazvukový rozsah se používá v různých průmyslových odvětvích, včetně automobilového průmyslu, zdravotnictví a robotiky. V automobilovém průmyslu se ultrazvukové měření vzdálenosti používá pro měření vzdálenosti a detekci překážek ve vozidlech. To umožňuje vozidlům vyhnout se kolizím a bezpečně zaparkovat.
Ve zdravotnictví se ultrazvukové měření používá pro neinvazivní zobrazování a měření vzdálenosti mezi vnitřními orgány. To umožňuje lékařům diagnostikovat a léčit pacienty bez nutnosti invazivních postupů.
V oblasti robotiky se ultrazvukové určování vzdálenosti používá pro navigaci a vyhýbání se překážkám. Roboty vybavené ultrazvukovými senzory se mohou pohybovat ve složitých prostředích a vyhýbat se překážkám, což je činí efektivnějšími a efektivnějšími.
Budoucnost ultrazvukového měření
Oblast ultrazvukového měření se rychle vyvíjí a neustále dochází k novým pokrokům. V budoucnu je pravděpodobné, že ultrazvukové měření bude integrováno do ještě více průmyslových odvětví a aplikací.
Jedna potenciální budoucí aplikace ultrazvukového určování vzdálenosti je v oblasti autonomních vozidel. Autonomní vozidla budou pro bezpečnou navigaci vyžadovat vysoce přesné a spolehlivé systémy měření vzdálenosti. Ultrazvukové určování vzdálenosti by v tom mohlo hrát klíčovou roli, protože poskytuje potřebná měření vzdálenosti, aby autonomní vozidla mohla bezpečně fungovat.
Další potenciální aplikace ultrazvukového měření je v oblasti průmyslové automatizace. S rostoucí poptávkou po účinných a nákladově efektivních automatizačních systémech by ultrazvukové měření mohlo hrát klíčovou roli při poskytování přesných a spolehlivých měření pro průmyslové roboty.
Závěr
Závěrem lze říci, že ultrazvukové měření vzdálenosti je technologie, která využívá vysokofrekvenční zvukové vlny k určení vzdálenosti mezi dvěma objekty. Stal se základním nástrojem v různých průmyslových odvětvích, včetně automobilového průmyslu, zdravotnictví a robotiky. Princip ultrazvukového určování vzdálenosti je založen na fyzice zvukových vln a je umožněn použitím ultrazvukových měničů. I když má ultrazvukový rozsah určitá omezení, má také několik výhod, díky čemuž je oblíbenou volbou pro širokou škálu aplikací. Budoucnost ultrazvukového měření vypadá jasně, s novými pokroky a potenciálními aplikacemi na obzoru.
Frekvence zvukových vln, které lidské uši slyší, je 20 Hz až 20 kHz. Když je frekvence vyšší než 20 kHz, lidské ucho ji neslyší. Zvukovou vlnu s frekvencí vyšší než 20KHz proto nazýváme 'ultrazvuková vlna'.
Ultrazvuk má silnou směrovost a ve vzduchu se šíří na velkou vzdálenost. Projeví se to při střetu s překážkami. Proto lidé často používají k měření vzdálenosti ultrazvukové vlny.
Nejběžnější metodou ultrazvukového měření vzdálenosti je metoda detekce ozvěny. Ultrazvukový vysílač vysílá ultrazvukové vlny v určitém směru. Současně s emisí začne časovač měřit čas. Ultrazvukový přijímač zastaví časování okamžitě, když přijme odražené ultrazvukové vlny. Rychlost šíření ultrazvukových vln ve vzduchu je 340 m/s. Podle času zaznamenaného časovačem lze vypočítat vzdálenost od bodu vyzařování k povrchu překážky.
Mezi hlavní výkonnostní ukazatele ultrazvukových senzorů patří:
(1) Pracovní frekvence. Pracovní frekvence je rezonanční frekvence piezoelektrického čipu. Když se frekvence střídavého napětí přivedeného na jeho dva konce rovná rezonanční frekvenci čipu, výstupní energie je největší a citlivost je také nejvyšší.
(2) Pracovní teplota. Vzhledem k tomu, že bod vzdálenosti piezoelektrického materiálu je obecně relativně vysoký, zejména ultrazvuková sonda pro diagnostiku využívá malý výkon, takže pracovní teplota je relativně nízká a může pracovat po dlouhou dobu bez selhání. Teplota ultrazvukové sondy používané při lékařském ošetření je poměrně vysoká a je zapotřebí samostatné chladicí zařízení.
(3) Citlivost. Závisí to hlavně na samotném výrobním čipu, koeficient elektromechanické vazby je velký a citlivost je vysoká.
S rychlým rozvojem vědy a techniky pro nás není těžké najít uplatnění ultrazvukových senzorů. Například couvací radar používá k měření vzdálenosti ultrazvukové vlny, aby bylo možné realizovat funkci parkování a vyhýbání se překážkám. Inženýr z Manorshi doporučuje tři ultrazvukové senzory MSW-A1458H09TR, MSW-A1440H09TR a MSW-A1840H12TR. Mají dobrou stabilitu, vysokou citlivost a vysokou přesnost a byly trhem dobře přijaty.
