Aufrufe: 87 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 14.04.2020 Herkunft: Website
Ein Ultraschall-Entfernungssensor ist ein berührungsloses Sensorgerät, das den Abstand zwischen dem Sensor und einem Ziel misst, indem es Ultraschallimpulse sendet und misst, wie lange das reflektierte Echo braucht, um zurückzukehren.
Ultraschallwellen haben Frequenzen oberhalb des normalen menschlichen Hörbereichs von etwa 20 kHz. Luftgekoppelte Abstandssensoren arbeiten üblicherweise bei etwa 40 kHz, obwohl je nach erforderlichem Messbereich, Auflösung, Wandlergröße, Strahlmuster und Umgebungsbedingungen auch andere Frequenzen verwendet werden.
Im Gegensatz zu optischen Abstandssensoren ist ein Ultraschallsensor nicht in erster Linie von der Farbe des Ziels oder dem Reflexionsvermögen des sichtbaren Lichts abhängig. Es kann daher viele transparente, durchscheinende, dunkle oder glänzende Objekte erkennen, vorausgesetzt, das Ziel sendet ein ausreichend starkes akustisches Echo an den Empfänger.
Kurze Antwort: Ein Ultraschall-Entfernungssensor sendet einen hochfrequenten Schallimpuls auf ein Ziel, empfängt das reflektierte Echo und berechnet die Entfernung aus der Hin- und Rückwegzeit. Die Grundformel lautet Entfernung = Schallgeschwindigkeit × Echozeit ÷ 2.
Die Ultraschall-Entfernungsmessungstechnologie wird häufig bei der Erkennung von Roboterhindernissen, der Einparkhilfe für Kraftfahrzeuge, der Messung von Flüssigkeitsständen, automatischen Türen, der industriellen Automatisierung, Sicherheitssystemen, der Materialhandhabung und der Erkennung der Anwesenheit von Objekten eingesetzt.
Manorshi-Lieferungen Ultraschallsensoren und -wandler für Abstandsmessung, Objekterkennung, Parksysteme, Füllstandsmessung und kundenspezifische elektronische Anwendungen.
Die meisten Ultraschall-Abstandssensoren nutzen das Flugzeitprinzip , auch Echolaufzeitverfahren genannt. Das System misst die Zeit zwischen dem Senden eines Ultraschallimpulses und dem Empfang seines reflektierten Echos.
Der Steuerkreis erzeugt einen kurzen elektrischen Impuls bei oder nahe der Nennfrequenz des Ultraschallwandlers.
Der Sendewandler wandelt das elektrische Signal in mechanische Ultraschallschwingungen um.
Der Ultraschallimpuls bewegt sich durch die Luft zum Ziel.
Ein Teil der Schallenergie wird von der Zieloberfläche reflektiert.
Der Empfänger wandelt das zurückgegebene akustische Echo in ein kleines elektrisches Signal um.
Die Signalaufbereitungsschaltung verstärkt, filtert und erkennt das Echo.
Ein Mikrocontroller oder eine Zeitschaltung misst die Hin- und Rückfahrzeit und wandelt sie in Entfernung um.
Entfernung = (Echozeit × Schallgeschwindigkeit) ÷ 2
d = (t × c) ÷ 2
d ist der Einwegabstand zwischen dem Sensor und dem Ziel.
t ist die gemessene Umlaufzeit vom Senden bis zum Echoempfang.
c ist die Schallgeschwindigkeit im Messmedium.
Das Ergebnis wird durch zwei geteilt, da der Schall vom Sensor zum Ziel und dann zurück zum Sensor wandert.
Bei etwa 20 °C beträgt die Schallgeschwindigkeit in trockener Luft etwa 343 m/s. Wenn die gemessene Echozeit 5,83 Millisekunden beträgt, beträgt die berechnete Entfernung:
Distanz = 0,00583 Sekunden × 343 m/s ÷ 2
Entfernung ≈ 1 Meter
Dieses Beispiel geht von einer stabilen Lufttemperatur und einem deutlich erkennbaren Echo aus. Reale Systeme können auch Temperaturkompensation, Signalfilterung, Schwellenwerterkennung, Kalibrierung und Mittelwertbildung bei mehreren Stichproben anwenden.
Der Kern vieler Ultraschall-Entfernungsmesswandler ist ein piezoelektrisches Keramikelement, das an einer Metallmembran oder Resonanzplatte befestigt ist. Die Baugruppe kann auch einen Resonator, ein akustisches Gehäuse, Anschlüsse, Dämpfungsmaterial, ein Schutznetz und Komponenten zur Umgebungsabdichtung umfassen.
Wenn an die piezoelektrische Keramik eine elektrische Wechselspannung angelegt wird, dehnt sich das Material aus und zieht sich zusammen. Diese mechanische Verformung führt dazu, dass die Membran vibriert und Ultraschallwellen in die Luft abstrahlt.
Beim Empfang findet der umgekehrte piezoelektrische Prozess statt. Zurückkommende Ultraschalldruckwellen versetzen die Membran und das piezoelektrische Element in Schwingungen und erzeugen so ein kleines elektrisches Signal, das vom Empfangsschaltkreis verstärkt und verarbeitet werden kann.
Ein trichterförmiger oder hornförmiger Resonator kann die Übertragung akustischer Energie zwischen dem piezoelektrischen Element und der umgebenden Luft verbessern. Seine Geometrie beeinflusst auch Empfindlichkeit, Resonanzfrequenz und Strahlmuster.
Wichtiger Unterschied: Luftgekoppelte Ultraschall-Entfernungsmessung misst normalerweise Echos, die von einer Zieloberfläche reflektiert werden. Es sollte nicht mit medizinischen Bildgebungs- oder zerstörungsfreien Ultraschallprüfsystemen verwechselt werden, die für die Übertragung von Schall durch Flüssigkeiten oder feste Materialien konzipiert sind.
Ein Ultraschall-Entfernungssystem kann einen separaten Sender und Empfänger oder einen einzelnen Transceiver verwenden, der zwischen Senden und Empfangen wechselt.
| Konfigurationsarbeitsmethode | Typische | Vorteile | Designüberlegungen |
|---|---|---|---|
| Separater Sender und Empfänger | Ein Wandler sendet kontinuierlich oder intermittierend, während der zweite Wandler Echos empfängt. | Getrennte Sende- und Empfangspfade, flexibles Schaltungsdesign und keine Notwendigkeit, ein Element zwischen den Modi umzuschalten. | Sensorabstand, Ausrichtung, akustische Kopplung und direktes Übersprechen zwischen Sender und Empfänger müssen kontrolliert werden. |
| Einzelner Ultraschall-Transceiver | Ein Element sendet den Impuls und wechselt dann in den Empfangsmodus. | Kompaktes mechanisches Design und einfachere Ausrichtung zwischen Sende- und Empfangsachse. | Das System muss warten, bis das mechanische Klingeln abgeklungen ist, bevor es Nahbereichsechos erkennt. |
| Einweg-Trägerpaar | Sender und Empfänger stehen einander gegenüber und das System erkennt, wenn ein Objekt den Schallweg unterbricht. | Schnelle Reaktion und zuverlässige Erkennung von transparenten Folien, Flaschen und sich schnell bewegenden Objekten. | Diese Konfiguration erkennt in erster Linie die Anwesenheit und berechnet nicht die Entfernung des reflektierenden Ziels. |
Die folgende Tabelle enthält die beispielhaften 40-kHz-Ultraschallsender- und -empfängerparameter der Originalseite. Diese Werte sollten nicht als universelle Spezifikationen für jeden Ultraschallsensor angesehen werden. Bestätigen Sie immer die endgültige Teilenummer, die Testbedingungen und das Produktdatenblatt, bevor Sie den Antriebsschaltkreis entwerfen oder eine Produktionskomponente genehmigen.
| Spezifikation | Beispielwert |
|---|---|
| Mittenfrequenz | 40 ± 1,0 kHz |
| Schalldruckpegel übertragen | Mindestens 100 dB |
| Empfangssensibilität | −72 dB mindestens |
| Echoempfindlichkeit | ≥230 mV |
| Klingelzeit | Maximal 1,2 ms |
| Kapazität bei 1 kHz | 2400 pF ±20 % |
| Maximale Dauerfahrspannung | 20 Vrms |
| Gesamtabstrahlwinkel | 47° typisch bei −6 dB |
| Zeit des Verfalls | ≤1,2 ms |
| Betriebstemperatur | −30°C bis +80°C |
| Lagertemperatur | −30 °C bis +80 °C |
Struktur und Abmessungen des Ultraschall-Entfernungsmesswandlers
40-kHz-Ultraschallsender- und -empfängerpaar
Die Leistung der Ultraschall-Entfernungsmessung hängt vom Wandler, der Antriebsschaltung, der Empfangsschaltung, dem Signalverarbeitungsalgorithmus, dem Ziel und der Installationsumgebung ab. Die folgenden Parameter sollten zusammen und nicht unabhängig voneinander bewertet werden.
Die Mittenfrequenz ist die Frequenz, bei der der Wandler effizient arbeiten soll. Bei einem Ultraschallwandler mit einer Nennfrequenz von 40 kHz erzeugt die Sendeschaltung normalerweise einen Burst nahe 40 kHz, während der Empfänger um einen ähnlichen Frequenzbereich herum gefiltert wird.
Wenn Sie zu weit vom Resonanzbereich entfernt fahren, kann dies die übertragene akustische Energie und die Empfangsempfindlichkeit verringern. Auch Komponententoleranzen, Temperatur, Montage und Gehäusedesign können die effektive Reaktion verändern.
Der Sendeschalldruckpegel gibt die Stärke der Ultraschallleistung unter bestimmten Testbedingungen an. Ein höherer Wert kann stärkere Echos oder größere Erfassungsabstände unterstützen, das Ergebnis hängt jedoch von der Antriebsspannung, der Frequenz, der Wellenform, dem Messabstand und der Prüfvorrichtung ab.
Schalldruckwerte sollten nur verglichen werden, wenn in den Datenblättern äquivalente Messbedingungen verwendet werden.
Die Empfangsempfindlichkeit beschreibt, wie effektiv der Empfänger den eingehenden Ultraschalldruck in ein elektrisches Signal umwandelt. Eine höhere Empfindlichkeit kann die Erkennung schwacher Echos verbessern, aber das Gesamtsystem hängt auch vom Verstärkerrauschen, der Filterbandbreite, der Verstärkung, den Schwellenwerteinstellungen und elektromagnetischen Störungen ab.
Die Echoempfindlichkeit stellt das empfangene Signal dar, das unter einem definierten Ziel und einer definierten Testanordnung erzeugt wird. Ein nützliches Entfernungsmessungssystem muss das echte Echo von elektrischem Rauschen, mechanischer Vibration, direkter akustischer Kopplung und sekundären Reflexionen unterscheiden.
Zur Verbesserung der Echoerkennung können automatische Verstärkungsregelung, Bandpassfilterung, Hüllkurvenerkennung, Korrelationsverarbeitung und adaptive Schwellenwerte verwendet werden.
Nach Beendigung des Sendestoßes schwingen der Wandler und die mechanische Struktur noch kurz weiter. Diese Restschwingung wird „Ringing“ oder „Ring-Down“ genannt.
Während dieser Erholungsphase kann ein Echo eines nahen Ziels durch das viel stärkere Restsendesignal verdeckt werden. Der entsprechende minimal messbare Abstand wird Blindzone- , Totzone oder minimaler Schaltabstand genannt.
Eine kürzere Rufzeit unterstützt im Allgemeinen kürzere Mindesterkennungsabstände, obwohl die endgültige Blindzone auch von der Wiederherstellung des Stromkreises, der Senderspannung, der Dämpfung, den Schwellenwerteinstellungen und den Signalverarbeitungsmethoden abhängt.
Ein Ultraschallwandler erzeugt keinen unendlich schmalen geraden Strahl. Es strahlt akustische Energie durch einen dreidimensionalen Schallkegel ab, der eine Hauptkeule und kleinere Nebenkeulen enthält.
Ein breiterer Strahl kann Objekte in einem größeren Bereich erkennen, kann aber auch unerwünschte Reflexionen von nahegelegenen Wänden, Halterungen, Rohren oder Gehäuseoberflächen empfangen. Ein schmalerer Strahl bietet eine bessere Richtungsselektivität, erfordert jedoch eine genauere Sensorausrichtung.
Ein piezoelektrischer Ultraschallwandler verhält sich weitgehend wie eine kapazitive elektrische Last. Seine Kapazität beeinflusst den Treiberstrom, die Impedanzanpassung, die Schaltverluste und das Design des Resonanzkreises.
Die angelegte Spannung muss innerhalb der Nenngrenzen des Wandlers für Dauer- und Impulsantrieb bleiben. Eine zu hohe Antriebsspannung kann zu Überhitzung, Depolarisation, mechanischen Schäden oder einer verkürzten Lebensdauer führen.
Die Temperatur beeinflusst die Schallgeschwindigkeit, die piezoelektrischen Eigenschaften, die Resonanz, die Empfindlichkeit, Klebematerialien und elektronische Komponenten. Bestätigen Sie sowohl den Betriebstemperaturbereich als auch den Lagertemperaturbereich für das tatsächliche Sensormodell.
Die Temperatur ist eine der wichtigsten Umgebungsvariablen, da sie die Schallgeschwindigkeit verändert. Eine häufig verwendete Näherung für trockene Luft in der Nähe normaler atmosphärischer Bedingungen ist:
Schallgeschwindigkeit ≈ 331,3 + (0,606 × Temperatur in °C) m/s
Ein System, das immer von 343 m/s ausgeht, kann einen messbaren Entfernungsfehler entwickeln, wenn sich die tatsächliche Temperatur ändert. Für Anwendungen, die eine stabile absolute Genauigkeit erfordern, platzieren Sie einen Temperatursensor in der Nähe des Schallpfads und aktualisieren Sie die Berechnung der Schallgeschwindigkeit.
Große Ziele geben im Allgemeinen mehr akustische Energie zurück als kleine Ziele. Ein Ziel, das schmaler als der aktive Schallkegel ist, kann ein schwaches Echo erzeugen oder es dem Sensor ermöglichen, ein größeres Objekt dahinter zu erkennen.
Maximale Reichweitenwerte werden normalerweise anhand eines festgelegten flachen Referenzziels gemessen. Der praktische Bereich für kleine Drähte, schmale Rohre, gebogene Objekte oder unregelmäßige Teile kann kürzer sein.
Ein flaches, glattes Ziel liefert die stärkste Rückstrahlung, wenn seine Oberfläche ungefähr senkrecht zur Sensorachse steht. Wenn die Oberfläche geneigt ist, kann ein Großteil der akustischen Energie vom Empfänger weg reflektiert werden.
Raue Oberflächen streuen den Schall in mehrere Richtungen und tolerieren möglicherweise eine größere Winkelabweichung, die zurückgegebene Energie kann jedoch weniger vorhersehbar sein.
Harte Oberflächen wie Metall, Glas, Hartplastik, Holz und ruhige Flüssigkeitsoberflächen erzeugen häufig nützliche Reflexionen. Weiche, poröse oder faserige Materialien wie Schaumstoff, dicker Stoff, Baumwolle und lose Isolierung können Ultraschallenergie absorbieren und die Erkennungsreichweite verringern.
Transparente Objekte sind häufig erkennbar, da Ultraschall nicht auf sichtbare Transparenz angewiesen ist. Allerdings benötigt eine glatte Glas- oder Kunststoffoberfläche dennoch einen geeigneten Winkel, um den Schall zurück zum Sensor zu reflektieren.
Objekte, die sich innerhalb der angegebenen Blindzone befinden, können nicht zuverlässig gemessen werden. Der Sensor meldet möglicherweise kein Ziel, einen instabilen Wert oder eine falsche Entfernung, die durch Klingeln und interne Reflexionen verursacht wird.
Die Installation muss das nächstgelegene erwartete Ziel über den im endgültigen Sensor- oder Moduldatenblatt angegebenen Mindesterfassungsabstand hinaus halten.
Starke Luftströmungen können den effektiven Schallweg verändern, während schnell wechselnde Temperaturgradienten die Schallwelle krümmen oder ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit entlang des Messwegs verändern können.
Vermeiden Sie die Montage eines Präzisions-Entfernungssensors direkt neben Heißluftauslässen, Kühlventilatoren, Dampfauslässen oder schnell schwankenden Wärmequellen.
Eine mäßige Luftfeuchtigkeit hat im Allgemeinen einen geringeren Einfluss als die Temperatur, aber Feuchtigkeit kann dennoch die akustische Dämpfung und den Sensorbetrieb beeinflussen. Wassertropfen, Kondensation, Eis oder Verunreinigungen auf der Wandleroberfläche können den Schallweg blockieren oder verzerren.
Bei Anwendungen im Freien oder bei hoher Luftfeuchtigkeit sollte ein entsprechend versiegelter oder wasserdichter Ultraschallwandler verwendet werden, anstatt davon auszugehen, dass ein offener Sensor vor Umwelteinflüssen geschützt ist.
Wände, Montagehalterungen, Schutzabdeckungen, Tankränder und Maschinenrahmen können unerwünschte Echos zurückwerfen. Diese Reflexionen können vor oder nach dem beabsichtigten Zielecho eintreffen und zu falschen Messungen führen.
Halten Sie den Hauptschallkegel frei und testen Sie die komplette Sensorbaugruppe im endgültigen Gehäuse, anstatt nur den bloßen Wandler zu bewerten.
Wenn mehrere Ultraschallsensoren nahe beieinander arbeiten, erkennt ein Empfänger möglicherweise einen von einem anderen Sensor gesendeten Impuls. Dies wird als akustisches Übersprechen bezeichnet und kann zu falschen Entfernungsmessungen führen.
Verwenden Sie synchronisierte Triggerung, sequentielle Messung, angemessene Abstände, physikalische akustische Isolierung oder codierte Übertragungsmethoden, um Störungen zu reduzieren.
Nutzen Sie eine Temperaturkompensation. Messen Sie die Lufttemperatur in der Nähe des Schallpfads und aktualisieren Sie die Berechnung der Schallgeschwindigkeit.
Halten Sie das Ziel außerhalb der blinden Zone. Überprüfen Sie den minimalen Messabstand unter den tatsächlichen Antriebsspannungs- und Schaltkreisbedingungen.
Richten Sie das Ziel richtig aus. Positionieren Sie glatte, flache Ziele so nah wie möglich an der Senkrechten zur Sensorachse.
Halten Sie den Schallkegel frei. Verhindern Sie, dass Halterungen, Abdeckungen und Gehäusewände in das Erfassungsfeld gelangen.
Verwenden Sie eine Bandpassfilterung. Filtern Sie um die Betriebsfrequenz des Wandlers herum, um breitbandiges elektrisches und akustisches Rauschen zu reduzieren.
Wenden Sie digitale Mittelwertbildung oder Medianfilterung an. Durch mehrere Messungen kann zufälliges Rauschen reduziert und isolierte Ausreißer ausgeschlossen werden.
Steuern Sie das Timing des Senders. Warten Sie ausreichend Zeit, damit das vorherige Echo verschwindet, bevor Sie einen weiteren Impuls senden.
Synchronisieren Sie mehrere Sensoren. Lösen Sie Sensoren nacheinander aus oder verwenden Sie eine kontrollierte Synchronisationsmethode, um Übersprechen zu reduzieren.
Kalibrieren Sie die komplette Baugruppe. Testen Sie Sensor, Gehäuse, Montagestruktur und Elektronik gemeinsam in bekannten Abständen.
Testen Sie repräsentative Ziele. Validieren Sie die Leistung anhand der tatsächlichen Objektgröße, des Materials, des Winkels, der Geschwindigkeit und der Umgebungsbedingungen.
Offene Ultraschallsensoren verwenden normalerweise ein Metallgehäuse mit einer freiliegenden akustischen Öffnung. Sie werden häufig für Innenelektronik, Entwicklungsplatinen, Roboter, Objekterkennung und kostenempfindliche Entfernungsmesssysteme ausgewählt.
Sie können eine effiziente akustische Übertragung bieten, sind jedoch im Allgemeinen nicht für die direkte Einwirkung von Regen, Sprühwasser, Kondensation oder starker Verschmutzung ausgelegt, sofern nicht anders angegeben.
Wasserdichte oder witterungsbeständige Ultraschallwandler verfügen über eine versiegelte Frontfläche und ein Schutzgehäuse. Sie eignen sich für Kfz-Parksysteme, Außengeräte, Flüssigkeitsstandmessungen, Sicherheitsprodukte und Industrieanwendungen, die Staub oder Feuchtigkeit ausgesetzt sind.
Die Schutzstruktur verändert die akustische Reaktion, daher muss das wasserdichte Modell auf eine geeignete Antriebsfrequenz, Spannung und Empfangsschaltung abgestimmt werden.
Ein integriertes Ultraschall-Entfernungsmessmodul kombiniert einen oder mehrere Wandler mit Sendeelektronik, Empfangsverstärkung, Signalverarbeitung und einer digitalen oder analogen Ausgangsschnittstelle.
Module vereinfachen die Systementwicklung, bieten jedoch weniger Kontrolle über die interne Wellenform, die Verstärkung und den Erkennungsalgorithmus als eine benutzerdefinierte wandlerbasierte Schaltung.
Ultraschallwandler mit höherer Frequenz haben kürzere Wellenlängen und können die Erkennung kleinerer Merkmale oder speziellere Messungen unterstützen. Höherfrequenter Schall wird jedoch in der Regel in der Luft stärker gedämpft, was die praktische Reichweite verringern kann.
Die Frequenz sollte entsprechend der Reichweite, der Zielgröße, der Auflösung, dem Wandlerdurchmesser, der Umgebungsdämpfung und der Systembandbreite ausgewählt werden, anstatt davon auszugehen, dass eine höhere Frequenz immer besser ist.
| Vorteile | und Einschränkungen |
|---|---|
| Berührungslose Abstands- und Anwesenheitsmessung | Verfügt über einen Mindestschaltabstand oder eine Blindzone |
| Kann viele transparente, dunkle und reflektierende Objekte erkennen | Weiche oder poröse Materialien können den Schall absorbieren |
| Funktioniert ohne sichtbare Beleuchtung | Ziele mit glattem Winkel können das Echo reflektieren |
| Kann den Flüssigkeitsstand messen, ohne die Flüssigkeit zu berühren | Schaum, Wellen, Turbulenzen oder Dampf können die Zuverlässigkeit beeinträchtigen |
| Kostengünstig für Anwendungen mit kurzer und mittlerer Reichweite | Für eine genaue Bereichsmessung ist möglicherweise eine Temperaturkompensation erforderlich |
| Erhältlich als offene, wasserdichte, Hochfrequenz- und integrierte Modelle | Mehrere Sensoren können sich gegenseitig stören |
| Geeignet für kompakte und integrierte elektronische Systeme | In der Nähe befindliche Strukturen können sekundäre Reflexionen erzeugen |
Keine einzelne Sensortechnologie ist für jede Anwendung ideal. Die geeignete Wahl hängt vom Ziel, der erforderlichen Reichweite, Reaktionsgeschwindigkeit, Auflösung, Lichtverhältnissen, Umgebungseinflüssen und Systemkosten ab.
| Vergleich | Ultraschallsensor | Infrarot oder fotoelektrischer Sensor | LiDAR oder Laser-Distanzsensor |
|---|---|---|---|
| Messprinzip | Schallflugzeit | Reflektiertes oder unterbrochenes Licht | Laser- oder optische Flugzeit |
| Zielfarbempfindlichkeit | Im Allgemeinen niedrig | Kann von Bedeutung sein | Hängt vom optischen Reflexionsvermögen ab |
| Transparente Zielerkennung | Bei geeignetem Zielwinkel oft wirksam | Möglicherweise ist ein spezieller optischer Sensor erforderlich | Bei durchsichtigen Materialien kann es schwierig sein |
| Strahlgröße | Relativ breiter Schallkegel | Normalerweise schmaler | Sehr schmaler Punkt bzw. Scanstrahl |
| Reaktionsgeschwindigkeit | Begrenzt durch Schallreisezeit | Im Allgemeinen schnell | Im Allgemeinen schnell |
| Wichtigstes Umweltproblem | Temperatur, Luftstrom, Absorption und akustische Reflexionen | Umgebungslicht, Staub, Farbe und optische Verschmutzung | Optische Verschmutzung, Reflexionsvermögen, Nebel und Kosten |
| Typische Stärke | Zuverlässige berührungslose Erkennung verschiedenster Materialien | Schnelle Objekterkennung und präzise Lichtpunkte | Große Reichweite, schmaler Strahl und hohe räumliche Präzision |
Mobile Roboter, fahrerlose Transportfahrzeuge, Serviceroboter und Bildungsplattformen nutzen Ultraschallsensoren, um Wände, Geräte, Personen und andere Hindernisse berührungslos zu erkennen.
In den Stoßfängern von Fahrzeugen eingebaute wasserdichte Ultraschallwandler messen den Abstand zu Hindernissen in der Nähe und unterstützen Parkwarnsysteme, Manöver bei niedriger Geschwindigkeit und Annäherungswarnungen.
Ein nach unten gerichteter Ultraschall-Füllstandsensor misst den Abstand vom Sensor zur Flüssigkeitsoberfläche. Der Controller kann die verbleibende Flüssigkeitshöhe berechnen, wenn die Tankabmessungen und die Sensorposition bekannt sind.
Schaum, Dampf, Bewegung, schräge Flüssigkeitsoberflächen und interne Tankstrukturen sollten während der Anwendungstests bewertet werden.
Ultraschallsensoren können Produkte auf Förderbändern erkennen, die Stapelhöhe überwachen, das Vorhandensein von Komponenten bestätigen, Behälter zählen und transparente Flaschen oder Folien erkennen, die für optische Standardsensoren möglicherweise schwierig sind.
Die Ultraschallerkennung kann Bewegungen oder Anwesenheit in der Nähe von Türen, Eingängen, Sperrbereichen und Alarmsystemen erkennen, ohne dass eine sichtbare Beleuchtung erforderlich ist.
Ultraschallsensoren mit kurzer Reichweite können den Abstand zwischen einer Drohne und dem Boden beim Schweben oder Landen in geringer Höhe messen. Rotorluftstrom, Oberflächenwinkel, Gras und Schallinterferenzen müssen berücksichtigt werden.
Die Ultraschall-Näherungserkennung kann in Spender, Haushaltsgeräte, Bedienfelder, Abfallbehälter und andere Produkte integriert werden, die eine berührungslose Aktivierung oder Füllstandsüberwachung erfordern.
Die Auswahl eines geeigneten Ultraschallsensors erfordert mehr als die Wahl einer Frequenz. Stellen Sie dem Lieferanten die vollständigen Anwendungsbedingungen zur Verfügung, damit das akustische, elektrische und mechanische Design gemeinsam bewertet werden kann.
| Fragen zum Auswahlelement | zur Bestätigung |
|---|---|
| Messbereich | Was sind die minimalen und maximalen Zielentfernungen? |
| Ziel | Welches sind Material, Größe, Form, Winkel und Bewegungsgeschwindigkeit des Ziels? |
| Frequenz | Ist 40 kHz für die erforderliche Reichweite und Zielgröße geeignet? |
| Abstrahlwinkel | Ist ein breiter Erfassungsbereich oder ein schmaler Richtstrahl erforderlich? |
| Umfeld | Wird der Sensor Regen, Kondensation, Staub, Chemikalien, Wind oder extremen Temperaturen ausgesetzt sein? |
| Genauigkeit und Auflösung | Welchen Messfehler und welche Wiederholgenauigkeit kann die Anwendung akzeptieren? |
| Ansprechzeit | Wie schnell muss das System das Ziel erkennen bzw. verfolgen? |
| Elektrische Schnittstelle | Ist ein bloßer Wandler, ein Sender-Empfänger-Paar, ein Analogausgang oder ein Digitalmodul erforderlich? |
| Antriebsschaltung | Welche Spannung, Burst-Wellenform, Verstärker- und Empfängerarchitektur werden verwendet? |
| Mechanisches Design | Welcher Durchmesser, welche Höhe, welche Klemme, welches Kabel, welcher Stecker und welche Montagemethode sind erforderlich? |
| Menge und Anpassung | Wie hoch sind die Prototypenmenge, das Jahresvolumen und die kundenspezifischen Leistungsanforderungen? |
Halten Sie den gesamten Schallkegel von Gehäusewänden und Montagehalterungen fern.
Decken Sie die Akustiköffnung nicht mit normalem Kunststoff, dickem Stoff oder ungeeignetem Netz ab.
Halten Sie das nächstgelegene Ziel außerhalb der angegebenen Totzone.
Richten Sie glatte Ziele möglichst senkrecht zur Erfassungsachse aus.
Verwenden Sie eine Schwingungsisolierung, wenn der Sensor in der Nähe von Motoren, Pumpen oder mechanischen Aktoren installiert wird.
Halten Sie Hochstrom-Schaltspuren und rauschende Stromkreise vom Empfängereingang fern.
Verwenden Sie bei schwachen Echosignalen eine geeignete Erdung, Abschirmung und Filterung.
Verhindern Sie, dass sich Wasser, Eis, Öl oder starke Verunreinigungen auf der Oberfläche des Wandlers ansammeln.
Lösen Sie benachbarte Ultraschallsensoren nacheinander aus, um akustische Störungen zu reduzieren.
Kalibrieren und validieren Sie den Sensor, nachdem er im endgültigen Produktgehäuse installiert wurde.
Manorshi bietet offene, wasserdichte Hochfrequenz-, Einparkhilfe- und Füllstands-Ultraschallprodukte für Hersteller, Elektronikentwickler und Zulieferer von Industrieausrüstung.
Zu den verfügbaren Bewertungsparametern können Mittenfrequenz, Schalldruckpegel, Empfangsempfindlichkeit, Abstrahlwinkel, Kapazität, Klingelzeit, Betriebstemperatur, Gehäuseabmessungen, Anschlüsse, Anschlusskabel und Umweltschutz gehören.
Sehen Sie sich die an Wasserdichter 40-kHz-Ultraschallsender und -empfänger oder stöbern Sie im Komplettangebot Ultraschallsensoren von Manorshi.
Geben Sie für eine neue Anwendung den erforderlichen Messbereich, das Zielmaterial, die Betriebsumgebung, die Versorgungsspannung, den Strahlwinkel, die Abmessungen, die Jahresmenge und die erwartete Leistung an. Kontaktieren Sie Manorshi, um die Sensorauswahl, Muster oder individuelle Anforderungen an Ultraschallwandler zu besprechen.
Ein Ultraschall-Entfernungssensor ist ein berührungsloses Gerät, das einen Ultraschallimpuls aussendet, das reflektierte Echo erkennt und aus der Hin- und Rücklaufzeit des Schalls die Entfernung zum Ziel berechnet.
Die Grundformel lautet Entfernung = Echozeit × Schallgeschwindigkeit ÷ 2 . Die Berechnung wird durch zwei geteilt, da die gemessene Zeit den Hinweg zum Ziel und den Rückweg zum Empfänger umfasst.
40 Kilohertz sorgen für ein praktisches Gleichgewicht zwischen Wandlergröße, Schallleistung, Luftdämpfung, Komponentenverfügbarkeit und Erkennung im Nah- bis Mittelbereich. Es ist üblich, aber nicht für jede Anwendung geeignet.
Ein Ultraschallwandler ist die elektromechanische Komponente, die elektrische Energie in Ultraschall oder Ultraschall in ein elektrisches Signal umwandelt. Ein Ultraschallsensor kann sich auf den Wandler allein oder auf ein komplettes Modul beziehen, das Wandler, Treiber, Empfänger und Signalverarbeitungselektronik enthält.
Die Blindzone ist der minimale Bereich vor dem Sensor, in dem keine zuverlässige Abstandsmessung möglich ist. Die Ursache hierfür liegt hauptsächlich im Schwingen des Wandlers, der Erholungszeit des Schaltkreises und dem starken Sendesignal, das ein Nahecho überdeckt.
Die Temperatur verändert die Schallgeschwindigkeit in der Luft. Wenn die Berechnung eine feste Schallgeschwindigkeit verwendet, während sich die tatsächliche Temperatur ändert, enthält die gemeldete Entfernung einen proportionalen Fehler. Die Temperaturkompensation verbessert die absolute Genauigkeit.
Ja. Die Ultraschallerkennung basiert nicht auf der Reflexion sichtbaren Lichts und kann daher viele transparente Materialien erkennen. Allerdings muss eine glatte transparente Oberfläche in einem geeigneten Winkel positioniert werden, damit das akustische Echo zum Empfänger zurückkehrt.
Eine Erkennung ist zwar möglich, aber weiche, poröse und faserige Materialien können Ultraschallenergie absorbieren und schwache Echos erzeugen. Der effektive Bereich sollte anhand des tatsächlichen Materials, der Dicke und der Oberflächenbeschaffenheit getestet werden.
Ja. Ein über einem Tank installierter Sensor kann den Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche messen, ohne die Flüssigkeit zu berühren. Ruhige Oberflächen liefern im Allgemeinen bessere Ergebnisse als schäumende, turbulente, verwinkelte oder stark dampfbedeckte Oberflächen.
Die Zielfarbe hat normalerweise nur geringe direkte Auswirkungen, da Ultraschallsensoren eher Schall als sichtbares Licht verwenden. Oberflächenwinkel, Härte, Größe, Textur und akustische Absorption sind in der Regel wichtiger.
Dunkelheit hat keinen Einfluss auf die Ultraschallerkennung. Mäßiger Staub oder Nebel haben möglicherweise weniger Auswirkungen als auf optische Sensoren, aber starker Staub, Wassertropfen, Kondensation oder Material, das die Wandleroberfläche bedeckt, kann die Leistung dennoch beeinträchtigen.
Nein. Ultraschall ist eine mechanische Welle und erfordert zur Ausbreitung ein Medium wie Luft, Gas, Flüssigkeit oder Feststoff. Ein herkömmlicher luftgekoppelter Ultraschall-Entfernungssensor kann nicht im Vakuum betrieben werden.
Häufige Ursachen sind ein Ziel innerhalb der Blindzone, eine schwache akustische Reflexion, ein geneigtes oder sich bewegendes Ziel, nahegelegene Strukturechos, elektrisches Rauschen, Temperaturschwankungen, Luftstrom, Wandlerverschmutzung und Störungen durch andere Ultraschallsensoren.
Lösen Sie die Sensoren nacheinander aus und lassen Sie jedem gesendeten Impuls und seinen Echos genügend Zeit, um abzuklingen, bevor Sie den nächsten Sensor aktivieren. Auch Synchronisation, Abstand, akustische Isolierung und codierte Signale können Übersprechen reduzieren.
Wählen Sie einen breiteren Strahl, wenn die Zielposition variiert oder ein größerer Erfassungsbereich erforderlich ist. Wählen Sie einen schmaleren Strahl, wenn in der Nähe befindliche Objekte ausgeschlossen werden müssen oder eine stärker gerichtete Messung erforderlich ist. Bewerten Sie die gesamte Schallkegelreaktion und nicht nur einen Nennwinkel.
Offene Sensoren eignen sich für geschützte Innenanwendungen und können eine effiziente akustische Leistung bieten. Wasserdichte Sensoren eignen sich besser für Automobil-, Außen-, Flüssigkeitsstand- oder hohe Luftfeuchtigkeitsumgebungen. Die richtige Wahl hängt von der Umgebungseinwirkung, der Reichweite und den mechanischen Anforderungen ab.
Geben Sie die Mittenfrequenz, den Messbereich, die Zieldetails, den erforderlichen Strahlwinkel, den Sende-Schalldruckpegel, die Empfangsempfindlichkeit, die Antriebsspannung, den Schaltkreistyp, die Betriebstemperatur, die Anforderungen an die Wasserdichtigkeit, die Abmessungen, die Montagemethode, die Anschlüsse, die Kabellänge, den Stecker, die Zertifizierungsanforderungen und die jährliche Bestellmenge an.
