Vistas: 352 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2020-05-22 Origen: Sitio
En la producción y la vida diaria, Los sensores de rango ultrasónico se utilizan ampliamente para radares de marcha atrás de automóviles, evasión de obstáculos de robots, medición de construcción, detección de nivel de líquido, medición de profundidad de pozos, medición de longitud de tuberías y otras aplicaciones de medición de distancia sin contacto.
El método principal de medición del sensor ultrasónico es la medición del tiempo de vuelo. El sensor emite un pulso ultrasónico, recibe el eco reflejado por un objetivo, mide el tiempo de ida y vuelta y calcula la distancia a partir de la velocidad del sonido.
Los sistemas de medición de rango ultrasónico comunes generalmente se basan en una microcomputadora de un solo chip, un controlador integrado o CPLD. Independientemente de la plataforma de control que se utilice, el diseño básico debe comprender primero el alcance del eco ultrasónico, la velocidad del sonido, la compensación de temperatura, la zona ciega y las condiciones de reflexión del objetivo.
Un sensor ultrasónico convierte señales eléctricas en ondas ultrasónicas y convierte los ecos ultrasónicos recibidos nuevamente en señales eléctricas. Las ondas ultrasónicas son ondas mecánicas con frecuencias superiores a 20 kHz. Tienen una fuerte direccionalidad, una lenta pérdida de energía y una distancia de propagación relativamente larga en aire, líquido o medio sólido.
Cuando una onda ultrasónica alcanza un obstáculo, una interfaz, una superficie líquida o un objetivo sólido, parte de la onda se refleja como un eco. El elemento receptor detecta este eco y el circuito de control calcula la distancia a partir del tiempo de viaje medido.
Debido a que la medición de distancias ultrasónicas no requiere contacto, es de bajo costo y adaptable a muchos materiales, proporciona un equilibrio útil entre respuesta en tiempo real, precisión, confiabilidad y precio.
El método de medición de alcance ultrasónico más común es el método de detección de tiempo de ida y vuelta, también llamado medición de tiempo de vuelo o ToF. El sensor envía un pulso ultrasónico en una dirección y comienza a cronometrar. Cuando el eco regresa, el sistema deja de cronometrar y calcula la distancia en un sentido.
Si s es la distancia entre el sensor y el objetivo medido, t es el tiempo de ida y vuelta medido y v es la velocidad de propagación del sonido, la fórmula de la distancia es:
s = v×t/2
La división por 2 es necesaria porque el pulso ultrasónico viaja desde el sensor al objetivo y luego regresa del objetivo al sensor. El tiempo medido es el tiempo total de ida y vuelta, no el tiempo de viaje de ida.
Para la medición de distancias ultrasónicas de alta precisión, la compensación de temperatura es importante porque la velocidad del sonido en el aire cambia con la temperatura. El aire caliente aumenta la velocidad del sonido, mientras que el aire frío la disminuye.
Una fórmula de compensación de temperatura comúnmente utilizada es:
v = 331,4 + 0,607T
En esta fórmula, T es la temperatura ambiente en °C y v es la velocidad del sonido en m/s. Agregar compensación de temperatura puede reducir el error de medición, especialmente en entornos exteriores, industriales o de temperatura variable.
| Método | Cómo funciona | Mejor uso |
|---|---|---|
| Método de tiempo de vuelo | Mide el tiempo entre la transmisión ultrasónica y la recepción del eco. | Medición de distancia, detección de obstáculos, medición de nivel de líquido. |
| Método de detección de fase | Calcula la distancia a partir de la diferencia de fase entre las ondas emitidas y recibidas. | Sistemas de medición de corto alcance y mayor resolución. |
| Método de amplitud de eco | Analiza la fuerza de la señal ultrasónica reflejada. | Detección de objetivos, análisis de reflexión de materiales, evaluación de la calidad de la señal. |
| del factor en | Efecto | la optimización de la medición |
|---|---|---|
| Temperatura | Cambia la velocidad del sonido y provoca error de distancia. | Utilice compensación de temperatura en el algoritmo de control. |
| zona ciega | Es posible que los objetivos muy cercanos no se detecten correctamente debido al timbre del transductor. | Elija un sensor ultrasónico de área ciega pequeña para mediciones de corto alcance. |
| Ángulo objetivo | Las superficies en ángulo pueden reflejar el eco lejos del receptor. | Mantenga el sensor lo más perpendicular posible a la superficie objetivo. |
| Material objetivo | Los materiales blandos, porosos o que absorben el sonido reducen la intensidad del eco. | Pruebe el material objetivo real durante la validación del producto. |
| Ruido ambiental | Otras fuentes ultrasónicas o vibraciones pueden provocar lecturas falsas. | Utilice filtrado, blindaje y una lógica de muestreo adecuada. |
| Agua, polvo y corrosión. | Los entornos hostiles pueden reducir la vida útil del sensor y la calidad de la señal. | Utilice sensores ultrasónicos resistentes al agua y a la corrosión cuando sea necesario. |
Una estructura de alcance ultrasónico común utiliza un cabezal transmisor y un cabezal receptor. El transmisor emite ondas ultrasónicas y el receptor detecta el eco reflejado. Esta estructura es simple y adecuada para muchas aplicaciones generales de medición de distancias.
Algunos sistemas utilizan múltiples cabezales transmisores con un cabezal receptor o múltiples módulos de sensores dispuestos en una matriz. Este diseño puede mejorar la cobertura de detección, reducir los puntos ciegos y admitir escenarios de medición más complejos, como la navegación robótica o la detección de nivel de líquido multipunto.
Sistemas de asistencia al aparcamiento y radar de marcha atrás para vehículos.
Evitación de obstáculos por robot y navegación automática.
Medición de nivel de líquidos en tanques, contenedores y equipos industriales.
Profundidad de pozo, longitud de tubería y medición del sitio de construcción.
Detección de objetos en equipos de automatización y líneas de producción.
Detección de distancia a prueba de agua en ambientes exteriores o húmedos.
Los sensores de alcance ultrasónicos son populares porque admiten mediciones sin contacto, tienen un principio de funcionamiento simple y pueden detectar muchos objetivos sólidos y líquidos independientemente del color o la transparencia. También son rentables en comparación con algunas soluciones de medición óptica o láser.
Con un sensor ultrasónico de ángulo pequeño y zona ciega pequeña, el sistema puede lograr mediciones más precisas en espacios compactos. Los diseños impermeables y resistentes a la corrosión también hacen que los sensores ultrasónicos sean útiles en aplicaciones industriales, exteriores y de nivel de líquido.
El principio de la medición de distancias ultrasónicas es enviar ondas ultrasónicas hacia un objetivo, recibir el eco reflejado, medir el tiempo de ida y vuelta y calcular la distancia utilizando la velocidad del sonido. La fórmula básica es s = v × t / 2.
Para obtener un alcance ultrasónico más preciso, los diseñadores deben considerar la compensación de temperatura, la zona ciega, el ángulo objetivo, la reflexión del material, el ruido ambiental y la instalación del sensor. La selección correcta del sensor y el procesamiento de señales pueden mejorar la estabilidad de la medición en aplicaciones reales.
El método de medición del sensor ultrasónico mide la distancia enviando un pulso ultrasónico, recibiendo el eco reflejado y calculando la distancia a partir del tiempo de viaje del sonido. Esto también se llama tiempo de vuelo ultrasónico o rango de eco.
La fórmula básica de distancia ultrasónica es s = v × t / 2 . En esta fórmula, s es la distancia, v es la velocidad del sonido y t es el tiempo de ida y vuelta medido del pulso ultrasónico.
El sensor mide el tiempo total que tarda la onda ultrasónica en viajar hasta el objeto y regresar. Debido a que se trata de un viaje de ida y vuelta, el resultado debe dividirse por 2 para obtener la distancia unidireccional entre el sensor y el objetivo.
La temperatura cambia la velocidad del sonido en el aire. Si la temperatura cambia pero el sistema aún usa una velocidad de sonido fija, la distancia calculada tendrá un error. La compensación de temperatura ayuda a mejorar la precisión del alcance ultrasónico.
La zona ciega es la distancia mínima donde el sensor no puede medir de manera confiable. Generalmente es causado por el sonido del transductor después de la transmisión. Para una detección de corto alcance, elija un sensor ultrasónico con un área ciega pequeña.
Las superficies blandas, porosas, que absorben el sonido, muy delgadas o con ángulos muy pronunciados pueden reducir la intensidad del eco. La espuma, la tela y los objetos en ángulo pueden provocar lecturas de distancia ultrasónicas débiles o inestables.
Los sensores de alcance ultrasónico se utilizan comúnmente en sensores de estacionamiento, evitación de obstáculos por robots, medición de nivel de líquidos, automatización industrial, medición de construcción, detección de tuberías y sistemas de medición de distancia sin contacto.
