Visninger: 352 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 22-05-2020 Oprindelse: websted
I daglig produktion og liv, ultralydsafstandssensorer bruges i vid udstrækning til bilreverseringsradar, undgåelse af robotforhindringer, konstruktionsmåling, væskeniveaudetektion, brønddybdemåling, rørledningslængdemåling og andre berøringsfri afstandsmålingsapplikationer.
Kernemetoden til ultralydssensorens rækkevidde er måling af time-of-flight. Sensoren udsender en ultralydsimpuls, modtager ekkoet reflekteret fra et mål, måler rundturstiden og beregner afstanden ud fra lydens hastighed.
Almindelige ultralydsafstandssystemer er normalt baseret på en enkelt-chip mikrocomputer, indlejret controller eller CPLD. Uanset hvilken kontrolplatform der bruges, skal det grundlæggende design først forstå ultralydsekkoafstand, lydhastighed, temperaturkompensation, blindzone og målreflektionsforhold.
En ultralydssensor konverterer elektriske signaler til ultralydsbølger og konverterer modtagne ultralydsekkoer tilbage til elektriske signaler. Ultralydsbølger er mekaniske bølger med frekvenser over 20kHz. De har stærk retningsbestemthed, langsomt energitab og relativt lang udbredelsesafstand i luft, flydende eller faste medier.
Når en ultralydsbølge når en forhindring, grænseflade, væskeoverflade eller fast mål, reflekteres en del af bølgen tilbage som et ekko. Det modtagende element registrerer dette ekko, og styrekredsløbet beregner afstanden fra den målte rejsetid.
Fordi ultralydsafstandsmåling er berøringsfri, lav pris og kan tilpasses mange materialer, giver den en nyttig balance mellem realtidsrespons, nøjagtighed, pålidelighed og pris.
Den mest almindelige ultralydsafstandsmetode er rundrejsetidsdetektionsmetoden, også kaldet time-of-flight eller ToF-måling. Sensoren sender en ultralydsimpuls i én retning og starter timing. Når ekkoet vender tilbage, stopper systemet timingen og beregner envejsafstanden.
Hvis s er afstanden mellem sensoren og det målte mål, t er den målte tur-retur-tid, og v er lydens udbredelseshastighed, er afstandsformlen:
s = v × t / 2
Delingen med 2 er nødvendig, fordi ultralydsimpulsen bevæger sig fra sensoren til målet og derefter vender tilbage fra målet til sensoren. Den målte tid er den samlede tur-retur-tid, ikke envejsrejsetiden.
For høj nøjagtig ultralydsafstandsmåling er temperaturkompensation vigtig, fordi lydens hastighed i luft ændres med temperaturen. Varm luft øger lydhastigheden, mens kold luft mindsker den.
En almindeligt anvendt temperaturkompensationsformel er:
v = 331,4 + 0,607T
I denne formel er T den omgivende temperatur i °C, og v er lydens hastighed i m/s. Tilføjelse af temperaturkompensation kan reducere målefejl, især i udendørs, industrielle eller variable temperaturmiljøer.
| Metode | Sådan fungerer det | bedst Brug |
|---|---|---|
| Time-of-flight metode | Måler tiden mellem ultralydstransmission og ekkomodtagelse. | Afstandsmåling, forhindringsdetektion, væskeniveaumåling. |
| Fasedetektionsmetode | Beregner afstand fra faseforskellen mellem udsendte og modtagne bølger. | Målesystemer med kort rækkevidde og højere opløsning. |
| Ekko amplitude metode | Analyserer styrken af det reflekterede ultralydssignal. | Måldetektion, materialereflektionsanalyse, bedømmelse af signalkvalitet. |
| Effekt | på måling | Optimeringstip |
|---|---|---|
| Temperatur | Ændrer lydens hastighed og forårsager afstandsfejl. | Brug temperaturkompensation i styrealgoritmen. |
| Blind zone | Meget tætte mål bliver muligvis ikke detekteret korrekt på grund af transducerens ringning. | Vælg en ultralydssensor med lille blindområde til kortdistancemåling. |
| Målvinkel | Vinklede overflader kan reflektere ekkoet væk fra modtageren. | Hold sensoren så vinkelret på måloverfladen som muligt. |
| Målmateriale | Bløde, porøse eller lydabsorberende materialer reducerer ekkostyrken. | Test det faktiske målmateriale under produktvalidering. |
| Miljøstøj | Andre ultralydskilder eller vibrationer kan forårsage falske aflæsninger. | Brug filtrering, afskærmning og passende samplingslogik. |
| Vand, støv og korrosion | Barske miljøer kan reducere sensorens levetid og signalkvalitet. | Brug vandtætte og korrosionsbestandige ultralydssensorer, når det er nødvendigt. |
En almindelig ultralydsafstandsstruktur bruger et sendehoved og et modtagehoved. Senderen udsender ultralydsbølger, og modtageren registrerer det reflekterede ekko. Denne struktur er enkel og velegnet til mange generelle afstandsmålinger.
Nogle systemer bruger flere sendehoveder med ét modtagehoved eller flere sensormoduler arrangeret i et array. Dette design kan forbedre detektionsdækningen, reducere blinde vinkler og understøtte mere komplekse målescenarier såsom robotnavigation eller multi-point væskeniveaudetektion.
Bil bakkerradar og parkeringshjælpesystemer.
Undgåelse af robotforhindringer og automatisk navigation.
Væskeniveaumåling i tanke, containere og industrielt udstyr.
Brønddybde, rørledningslængde og byggepladsmåling.
Objektdetektering i automationsudstyr og produktionslinjer.
Vandtæt afstandsregistrering i udendørs eller fugtige omgivelser.
Ultralydsafstandssensorer er populære, fordi de understøtter berøringsfri måling, har et simpelt arbejdsprincip og kan detektere mange faste og flydende mål uanset farve eller gennemsigtighed. De er også omkostningseffektive sammenlignet med nogle optiske eller lasermåleløsninger.
Med en ultralydssensor med lille vinkel og lille blind zone kan systemet opnå mere nøjagtig måling i kompakte rum. Vandtætte og korrosionsbestandige design gør også ultralydssensorer nyttige i væskeniveau, udendørs og industrielle applikationer.
Princippet for ultralydsafstandsmåling er at sende ultralydsbølger mod et mål, modtage det reflekterede ekko, måle rundturstiden og beregne afstand ved hjælp af lydens hastighed. Grundformlen er s = v × t / 2.
For mere nøjagtig ultralydsafstand bør designere overveje temperaturkompensation, blindzone, målvinkel, materialereflektion, miljøstøj og sensorinstallation. Korrekt sensorvalg og signalbehandling kan forbedre målestabiliteten i rigtige applikationer.
Ultralydssensorens afstandsmetode måler afstanden ved at sende en ultralydsimpuls, modtage det reflekterede ekko og beregne afstanden fra lydens rejsetid. Dette kaldes også ultralyds time-of-flight eller ekkoafstand.
Den grundlæggende ultralydsafstandsformel er s = v × t/2 . I denne formel s er afstanden, v er lydhastigheden, og t er den målte rundturstid for ultralydsimpulsen.
Sensoren måler den samlede tid for ultralydsbølgen at rejse til objektet og returnere. Fordi dette er en rundtur, skal resultatet divideres med 2 for at få envejsafstanden mellem sensoren og målet.
Temperatur ændrer lydens hastighed i luft. Hvis temperaturen ændres, men systemet stadig bruger en fast lydhastighed, vil den beregnede afstand have fejl. Temperaturkompensation hjælper med at forbedre ultralydsafstandsnøjagtigheden.
Blindzonen er den mindste afstand, hvor sensoren ikke kan måle pålideligt. Det skyldes normalt, at transduceren ringer efter transmission. Til kortdistancedetektion skal du vælge en ultralydssensor med et lille blindt område.
Bløde, porøse, lydabsorberende, meget tynde eller skarpt vinklede overflader kan reducere ekkostyrken. Skum, stof og skrå genstande kan forårsage svage eller ustabile ultralydsafstandsmålinger.
Ultralydsafstandssensorer bruges almindeligvis i parkeringssensorer, undgåelse af robotforhindringer, måling af væskeniveau, industriel automatisering, konstruktionsmåling, rørledningsdetektion og berøringsfri afstandsmålesystemer.
