Προβολές: 585 Συγγραφέας: Επεξεργαστής ιστότοπου Ώρα δημοσίευσης: 21-05-2020 Προέλευση: Τοποθεσία
Οι αισθητήρες υπερήχων είναι αισθητήρες χωρίς επαφή που χρησιμοποιούν ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας για την ανίχνευση αντικειμένων, τη μέτρηση της απόστασης, την παρακολούθηση της στάθμης του υγρού και τον εντοπισμό της θέσης του υλικού. Χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή, τα συστήματα ισχύος, τη μεταλλουργία, τα οικοδομικά υλικά, τα χημικά, την επεξεργασία τροφίμων, τα αυτοκίνητα, την αποθήκευση, τα πλοία, τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, τις μεταφορές, τη ρομποτική, την παρακολούθηση στάθμης υγρών, την ανίχνευση ροής ανοιχτού καναλιού και τον βιομηχανικό αυτοματισμό.
Τα κύρια πλεονεκτήματα των αισθητήρων υπερήχων είναι η υψηλή ακρίβεια μέτρησης, η σταθερή λειτουργία, η ανίχνευση χωρίς επαφή, η ισχυρή κατευθυντικότητα και η ικανότητα εργασίας με πολλά υγρά και στερεά υλικά. Ωστόσο, οι αισθητήρες υπερήχων έχουν επίσης περιορισμούς, όπως σταθερό εύρος συχνοτήτων, σχετικά υψηλή τάση οδήγησης, τυφλές ζώνες, περιορισμένη εμβέλεια και ευαισθησία στη θερμοκρασία, τα μαλακά υλικά, τη ροή αέρα και τις συνθήκες εγκατάστασης.
Ένας αισθητήρας υπερήχων λειτουργεί μεταδίδοντας υπερηχητικά κύματα και λαμβάνοντας την ανακλώμενη ηχώ. Ο αισθητήρας στέλνει έναν ηχητικό παλμό υψηλής συχνότητας προς έναν στόχο. Όταν το ηχητικό κύμα φτάσει στην επιφάνεια του αντικειμένου, μέρος του κύματος ανακλάται πίσω στον δέκτη. Στη συνέχεια, ο αισθητήρας υπολογίζει την απόσταση ή τη θέση με βάση το χρόνο μεταξύ μετάδοσης και λήψης.
Ο ανιχνευτής υπερήχων βασίζεται συνήθως σε πιεζοηλεκτρικά κεραμικά στοιχεία. Αυτά τα πιεζοηλεκτρικά στοιχεία μπορούν να μετατρέψουν την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική δόνηση για να μεταδώσουν υπερηχητικά κύματα και μπορούν επίσης να μετατρέψουν τη λαμβανόμενη δόνηση πίσω σε ηλεκτρικά σήματα.
Όταν το εφαρμοζόμενο σήμα παλμού ταιριάζει με τη φυσική συχνότητα συντονισμού του πιεζοηλεκτρικού στοιχείου, το στοιχείο δονείται έντονα και δημιουργεί υπερηχητικά κύματα. Όταν τα ανακλώμενα κύματα επιστρέφουν στον καθετήρα, το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο δέχεται τη δόνηση και τη μετατρέπει σε ηλεκτρικό σήμα για ανάλυση.
| Πλεονέκτημα | Γιατί έχει σημασία |
|---|---|
| Μέτρηση χωρίς επαφή | Ο αισθητήρας μπορεί να ανιχνεύσει αντικείμενα χωρίς να τα αγγίξει, κάτι που είναι χρήσιμο για εύθραυστα, κινούμενα, ζεστά ή διαβρωτικά υλικά. |
| Λειτουργεί με πολλά υλικά | Οι αισθητήρες υπερήχων μπορούν να μετρήσουν πολλά υγρά και στερεά, συμπεριλαμβανομένων των αδιαφανών υλικών που είναι δύσκολα για τους οπτικούς αισθητήρες. |
| Δεν επηρεάζεται από το χρώμα ή τη διαφάνεια | Επειδή η ανίχνευση βασίζεται στην ανάκλαση του ήχου, το χρώμα και η διαφάνεια του στόχου έχουν συνήθως μικρή επίδραση στη μέτρηση. |
| Καλή κατευθυντικότητα | Τα υπερηχητικά κύματα έχουν μικρά μήκη κύματος και ισχυρή κατευθυντικότητα, καθιστώντας τα κατάλληλα για μέτρηση απόστασης και στάθμης. |
| Μπορεί να λειτουργήσει σε σκοτεινά περιβάλλοντα | Σε αντίθεση με τους οπτικούς αισθητήρες, οι αισθητήρες υπερήχων δεν εξαρτώνται από το ορατό φως. |
| Χρήσιμο σε σκόνη, καπνό ή ομίχλη | Πολλοί αισθητήρες υπερήχων μπορούν να έχουν καλύτερη απόδοση από τους οπτικούς αισθητήρες σε περιβάλλοντα με σκόνη, καπνό ή χαμηλό φωτισμό. |
| Μειονέκτημα | Επίδραση στην εφαρμογή |
|---|---|
| Σταθερό εύρος συχνοτήτων | Ένας αισθητήρας 40 kHz λειτουργεί συνήθως μόνο κοντά στο σχεδιασμένο εύρος συχνοτήτων του, όπως περίπου 38-42 kHz. |
| Υψηλότερη τάση οδήγησης | Ορισμένοι μορφοτροπείς υπερήχων απαιτούν υψηλή τάση κορυφής σε κορυφή, επομένως τα κυκλώματα χαμηλής τάσης μπορεί να χρειάζονται κύκλωμα ενίσχυσης ή μετασχηματιστή. |
| Επιρροή θερμοκρασίας | Η ταχύτητα του ήχου αλλάζει με τη θερμοκρασία του αέρα, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει την ακρίβεια μέτρησης της απόστασης. |
| Τα μαλακά υλικά απορροφούν τον ήχο | Ο αφρός, το ύφασμα και άλλες μαλακές επιφάνειες μπορεί να απορροφήσουν τα υπερηχητικά κύματα και να μειώσουν την ισχύ της ηχούς. |
| Τυφλή ζώνη | Αντικείμενα πολύ κοντά στον αισθητήρα μπορεί να βρίσκονται εντός της ελάχιστης απόστασης ανίχνευσης και να μην μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια. |
| Περιορισμένη εμβέλεια | Τα υπερηχητικά κύματα εξασθενούν με την απόσταση, επομένως το εύρος του αισθητήρα περιορίζεται από τη συχνότητα, την ισχύ, την επιφάνεια στόχο και το περιβάλλον. |
Τα υπερηχητικά κύματα έχουν υψηλή συχνότητα, μικρό μήκος κύματος, μικρή περίθλαση, ισχυρή κατευθυντικότητα και καλή διείσδυση σε πολλά υγρά και στερεά. Όταν τα υπερηχητικά κύματα συναντούν μια διεπαφή ακαθαρσιών, ορίων ή υλικού, παράγουν ανακλώμενες ηχώ που μπορούν να ανιχνευθούν και να αναλυθούν.
Οι αισθητήρες υπερήχων μπορούν επίσης να υποστηρίξουν ανίχνευση με βάση το Doppler για κινούμενα αντικείμενα. Αυτό καθιστά την τεχνολογία υπερήχων χρήσιμη στη μέτρηση απόστασης, τη μέτρηση της στάθμης υγρού, την ανίχνευση αντικειμένων, την παρακολούθηση ροής, την ανίχνευση ελαττωμάτων, τη ρομποτική, την υποβοήθηση στάθμευσης, τον βιομηχανικό αυτοματισμό και τον ιατρικό εξοπλισμό.
Οι ανιχνευτές υπερήχων χαμηλής ισχύος χρησιμοποιούνται συχνά για ανίχνευση και μέτρηση. Ανάλογα με τον τύπο και τη δομή του κύματος, οι ανιχνευτές υπερήχων μπορούν να περιλαμβάνουν ευθύγραμμους ανιχνευτές για διαμήκη κύματα, λοξούς ανιχνευτές για εγκάρσια κύματα, ανιχνευτές επιφανειακών κυμάτων, ανιχνευτές κυμάτων Lamb και διπλούς ανιχνευτές όπου ένα στοιχείο εκπέμπει και ένα άλλο λαμβάνει.
Για βιομηχανικές και καταναλωτικές εφαρμογές, τα κοινά προϊόντα περιλαμβάνουν αισθητήρες υπερήχων ανοιχτού τύπου, αδιάβροχους αισθητήρες υπερήχων, αισθητήρες υπερήχων υψηλής συχνότητας, αισθητήρες στάθμευσης και αισθητήρες στάθμης. Η σωστή επιλογή εξαρτάται από το εύρος, τη συχνότητα, το περίβλημα, την αδιάβροχη βαθμολογία, το υλικό-στόχο και το περιβάλλον εγκατάστασης.
Η ακρίβεια ενός αισθητήρα υπερήχων εξαρτάται από τη συχνότητα, την ευαισθησία, την τάση οδήγησης, την επιφάνεια στόχο, τη θερμοκρασία αέρα, την υγρασία, τη ροή αέρα, τη γωνία εγκατάστασης και την επεξεργασία σήματος ηχούς. Ένας αισθητήρας με αντιστάθμιση θερμοκρασίας μπορεί να μειώσει τα σφάλματα που προκαλούνται από αλλαγές στην ταχύτητα του ήχου.
Η ευαισθησία εξαρτάται κυρίως από το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο. Ένας μεγαλύτερος συντελεστής ηλεκτρομηχανικής σύζευξης συνήθως σημαίνει μεγαλύτερη ευαισθησία. Η υψηλότερη ευαισθησία βοηθά τον αισθητήρα να λαμβάνει ασθενέστερες ηχώ, αλλά η τελική απόδοση εξακολουθεί να εξαρτάται από τη σχεδίαση του πλήρους κυκλώματος και το περιβάλλον εφαρμογής.
Οι αισθητήρες υπερήχων χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές μετρήσεις, γεωργία, ελαφριά βιομηχανία, ιατρικό εξοπλισμό, συστήματα στάθμευσης, ρομποτική, συστήματα ασφαλείας, παρακολούθηση επιπέδου, ανίχνευση αντικειμένων και μη καταστροφικές δοκιμές. Μπορούν να ανιχνεύσουν ήχους και ηχώ που δεν μπορούν να ακούσουν τα ανθρώπινα αυτιά και στη συνέχεια να μετατρέψουν τις πληροφορίες σε χρήσιμα δεδομένα απόστασης, θέσης ή υλικού.
Σε πρακτικές εφαρμογές, η εμβέλεια υπερήχων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αποφυγή εμποδίων, μέτρηση στάθμης δεξαμενής, ανίχνευση ροής ανοιχτού καναλιού, υποβοήθηση αναστροφής οχήματος, πλοήγηση ρομπότ, τοποθέτηση υλικού και ανίχνευση ελαττωμάτων σε μεταλλικές ή συμπαγείς κατασκευές.
Όταν επιλέγετε έναν αισθητήρα υπερήχων, επιβεβαιώστε πρώτα την απόσταση ανίχνευσης, την τυφλή ζώνη, το υλικό στόχου, την απαιτούμενη ακρίβεια, τη συχνότητα λειτουργίας, την τάση οδήγησης, τη γωνία δέσμης, τον χρόνο απόκρισης, την απαίτηση αδιάβροχης λειτουργίας και το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας.
Για υπαίθρια ή υγρά περιβάλλοντα, συνήθως προτιμάται ένας αδιάβροχος αισθητήρας υπερήχων. Για ακριβή ανίχνευση μικρής εμβέλειας, ένας αισθητήρας υψηλότερης συχνότητας μπορεί να παρέχει καλύτερη ανάλυση. Για ανίχνευση μεγάλης εμβέλειας, η χαμηλότερη συχνότητα και η ισχυρότερη ισχύς εκπομπής μπορεί να είναι πιο κατάλληλες.
Πριν από τη μαζική παραγωγή, δοκιμάστε τον αισθητήρα στην πραγματική θέση και το περιβάλλον εγκατάστασης. Η γωνία τοποθέτησης, το άνοιγμα του περιβλήματος, το σχήμα του στόχου, τα κοντινά εμπόδια, η διακύμανση της θερμοκρασίας και ο ηλεκτρικός θόρυβος μπορούν όλα να επηρεάσουν την πραγματική απόδοση.
Οι αισθητήρες υπερήχων προσφέρουν ακριβή, σταθερή και χωρίς επαφή μέτρηση για πολλά υγρά και στερεά υλικά. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμα όταν η οπτική ανίχνευση επηρεάζεται από το χρώμα, τη διαφάνεια, το σκοτάδι, τη σκόνη, τον καπνό ή την αντανάκλαση της επιφάνειας.
Ταυτόχρονα, οι αισθητήρες υπερήχων δεν είναι κατάλληλοι για κάθε κατάσταση. Οι μηχανικοί θα πρέπει να εξετάσουν τη συχνότητα, την τάση, την ευαισθησία, την αντιστάθμιση θερμοκρασίας, την τυφλή ζώνη, το εύρος, το υλικό στόχο και τις συνθήκες εγκατάστασης πριν επιλέξουν έναν αισθητήρα.
Ένας αισθητήρας υπερήχων μετρά την απόσταση στέλνοντας έναν ηχητικό παλμό υψηλής συχνότητας και λαμβάνοντας την ανακλώμενη ηχώ. Η απόσταση υπολογίζεται από το χρόνο που χρειάζεται για να ταξιδέψει το ηχητικό κύμα στον στόχο και να επιστρέψει.
Οι αισθητήρες υπερήχων μπορούν να είναι υψηλής ακρίβειας σε κατάλληλες συνθήκες, ειδικά για μέτρηση απόστασης και στάθμης χωρίς επαφή. Η ακρίβεια εξαρτάται από τη θερμοκρασία, την υγρασία, την επιφάνεια στόχο, τη συχνότητα του αισθητήρα, τη γωνία εγκατάστασης και την επεξεργασία του σήματος.
Η θερμοκρασία αλλάζει την ταχύτητα του ήχου στον αέρα. Όταν η θερμοκρασία αλλάζει, η μετρούμενη απόσταση μπορεί να μετατοπιστεί εκτός εάν ο αισθητήρας χρησιμοποιήσει αντιστάθμιση θερμοκρασίας ή το σύστημα διορθώσει την ένδειξη.
Επιλέξτε έναν αισθητήρα υπερήχων ανοιχτού τύπου για καθαρά εσωτερικά περιβάλλοντα και συμπαγή εξοπλισμό. Επιλέξτε έναν αδιάβροχο αισθητήρα υπερήχων για εξωτερικά, υγρά, σκονισμένα ή επιρρεπή σε πιτσιλιές περιβάλλοντα.
Χρησιμοποιήστε τη σωστή συχνότητα, διατηρήστε τον αισθητήρα ευθυγραμμισμένο με τον στόχο, αποφύγετε κοντινά εμπόδια, παρέχετε σταθερή τάση οδήγησης, χρησιμοποιήστε αντιστάθμιση θερμοκρασίας και δοκιμάστε τον αισθητήρα στο τελικό περιβάλλον εγκατάστασης.
