Vaatamised: 585 Autor: saidi toimetaja Avaldamisaeg: 2020-05-21 Päritolu: Sait
Ultraheliandurid on kontaktivabad andurid, mis kasutavad kõrgsageduslikke helilaineid objektide tuvastamiseks, kauguse mõõtmiseks, vedeliku taseme jälgimiseks ja materjali asukoha tuvastamiseks. Neid kasutatakse laialdaselt tootmises, elektrisüsteemides, metallurgias, ehitusmaterjalides, kemikaalides, toiduainete töötlemises, autodes, laonduses, laevades, tekstiilitööstuses, transpordis, robootikas, vedeliku taseme jälgimises, avatud kanali voolu tuvastamises ja tööstusautomaatikas.
Ultraheliandurite peamised eelised on kõrge mõõtmistäpsus, stabiilne töö, kontaktivaba tuvastamine, tugev suunataluvus ning võime töötada paljude vedelate ja tahkete materjalidega. Ultrahelianduritel on aga ka piiranguid, nagu fikseeritud sagedusvahemik, suhteliselt kõrge sõidupinge, pimetsoonid, piiratud ulatus ja tundlikkus temperatuuri, pehmete materjalide, õhuvoolu ja paigaldustingimuste suhtes.
Ultraheliandur edastab ultrahelilaineid ja võtab vastu peegeldunud kaja. Andur saadab sihtmärgi suunas kõrgsagedusliku heliimpulsi. Kui helilaine jõuab objekti pinnale, peegeldub osa lainest tagasi vastuvõtjasse. Seejärel arvutab andur edastamise ja vastuvõtmise vahelise aja põhjal kauguse või asukoha.
Ultraheli sond põhineb tavaliselt piesoelektrilistel keraamilistel elementidel. Need piesoelektrilised elemendid võivad muuta elektrienergia mehaaniliseks vibratsiooniks, et edastada ultrahelilaineid, ja samuti saab nad vastuvõetud vibratsiooni tagasi elektrilisteks signaalideks muuta.
Kui rakendatud impulsssignaal ühtib piesoelektrilise elemendi loomuliku resonantssagedusega, vibreerib element tugevalt ja tekitab ultrahelilaineid. Kui peegeldunud lained naasevad sondi, võtab piesoelektriline element vastu vibratsiooni ja muudab selle analüüsimiseks elektriliseks signaaliks.
| Eelis | , miks see on oluline |
|---|---|
| Kontaktivaba mõõtmine | Andur suudab tuvastada objekte neid puudutamata, mis on kasulik habraste, liikuvate, kuumade või söövitavate materjalide puhul. |
| Töötab paljude materjalidega | Ultraheliandurid suudavad mõõta paljusid vedelikke ja tahkeid aineid, sealhulgas läbipaistmatuid materjale, mis on optiliste andurite jaoks keerulised. |
| Ei mõjuta värv ega läbipaistvus | Kuna tuvastamine põhineb heli peegeldumisel, mõjutab sihtvärv ja läbipaistvus mõõtmist tavaliselt vähe. |
| Hea suunataluvus | Ultrahelilainetel on lühike lainepikkus ja tugev suund, mistõttu need sobivad kauguse ja taseme mõõtmiseks. |
| Võib töötada pimedas keskkonnas | Erinevalt optilistest anduritest ei sõltu ultraheliandurid nähtavast valgusest. |
| Kasulik tolmu, suitsu või udu korral | Paljud ultraheliandurid töötavad tolmuses, suitsuses või vähese valgusega keskkonnas paremini kui optilised andurid. |
| Puudused | Mõju rakendusele |
|---|---|
| Fikseeritud sagedusvahemik | 40 kHz andur töötab tavaliselt ainult selle kavandatud sagedusvahemiku lähedal, näiteks umbes 38–42 kHz. |
| Kõrgem sõidupinge | Mõned ultraheliandurid nõuavad kõrget tipp-tipp-pinget, seega võivad madalpingeahelad vajada võimendusahelat või trafot. |
| Temperatuuri mõju | Heli kiirus muutub koos õhutemperatuuriga, mis võib mõjutada vahemaa mõõtmise täpsust. |
| Pehmed materjalid neelavad heli | Vaht, kangas ja muud pehmed pinnad võivad neelata ultrahelilaineid ja vähendada kaja tugevust. |
| Pime tsoon | Andurile liiga lähedal olevad objektid võivad olla minimaalses tuvastamiskauguses ja neid ei saa täpselt mõõta. |
| Piiratud ulatus | Ultrahelilained nõrgenevad koos kaugusega, nii et anduri ulatust piiravad sagedus, võimsus, sihtpind ja keskkond. |
Ultrahelilainetel on kõrge sagedus, lühike lainepikkus, väike difraktsioon, tugev suund ja hea läbitung paljudesse vedelikesse ja tahketesse ainetesse. Kui ultrahelilained kohtuvad lisandi, piiri või materjali liidesega, tekitavad nad peegeldunud kaja, mida saab tuvastada ja analüüsida.
Ultraheliandurid võivad toetada ka liikuvate objektide Doppleri-põhist tuvastamist. See muudab ultrahelitehnoloogia kasulikuks kauguse mõõtmisel, vedeliku taseme mõõtmisel, objektide tuvastamisel, vooluhulga jälgimisel, vigade tuvastamisel, robootikas, parkimisabis, tööstusautomaatikas ja meditsiiniseadmetes.
Tuvastamiseks ja mõõtmiseks kasutatakse sageli väikese võimsusega ultrahelisonde. Olenevalt laine tüübist ja struktuurist võivad ultrahelisondid sisaldada sirgeid sonde pikisuunaliste lainete jaoks, kaldus sonde põiklainete jaoks, pinnalaine sonde, Lamb laine sonde ja topeltsonde, kus üks element edastab ja teine vastu võtab.
Tööstus- ja tarbijarakenduste jaoks on levinud tooted avatud tüüpi ultraheliandurid, veekindlad ultraheliandurid, kõrgsageduslikud ultraheliandurid, parkimisandurid ja tasemeandurid. Õige valik sõltub vahemikust, sagedusest, korpusest, veekindlusest, sihtmaterjalist ja paigalduskeskkonnast.
Ultrahelianduri täpsus sõltub sagedusest, tundlikkusest, sõidupingest, sihtpinnast, õhutemperatuurist, niiskusest, õhuvoolust, paigaldusnurgast ja kajasignaali töötlemisest. Temperatuurikompensatsiooniga andur võib vähendada helikiiruse muutustest tingitud vigu.
Tundlikkus sõltub peamiselt piesoelektrilisest elemendist. Suurem elektromehaaniline sidestuskoefitsient tähendab tavaliselt suuremat tundlikkust. Suurem tundlikkus aitab anduril vastu võtta nõrgemaid kajasid, kuid lõplik jõudlus sõltub siiski kogu vooluringi disainist ja rakenduskeskkonnast.
Ultraheliandureid kasutatakse tööstuslikus mõõtmises, põllumajanduses, kergetööstuses, meditsiiniseadmetes, parkimissüsteemides, robootikas, turvasüsteemides, taseme jälgimises, objektide tuvastamises ja mittepurustavates testides. Nad suudavad tuvastada helisid ja kajasid, mida inimkõrvad ei kuule, ning seejärel teisendada teabe kasulikeks kauguse, asukoha või materiaalseteks andmeteks.
Praktilistes rakendustes saab ultraheli kauguse määramist kasutada takistuste vältimiseks, paagi taseme mõõtmiseks, avatud kanali voolu tuvastamiseks, sõiduki tagurdamise abistamiseks, roboti navigeerimiseks, materjali positsioneerimiseks ja metall- või tahkete konstruktsioonide vigade tuvastamiseks.
Ultrahelianduri valimisel kontrollige esmalt tuvastamiskaugust, pimetsooni, sihtmaterjali, nõutavat täpsust, töösagedust, sõidupinget, valgusvihu nurka, reaktsiooniaega, veekindluse nõuet ja töötemperatuuri vahemikku.
Välis- või niiskes keskkonnas eelistatakse tavaliselt veekindlat ultraheliandurit. Täpse lähimaatuvastuse jaoks võib kõrgema sagedusega andur pakkuda paremat eraldusvõimet. Kaugtuvastuseks võib sobivam olla madalam sagedus ja suurem saatevõimsus.
Enne masstootmist testige andurit tegelikus paigaldusasendis ja -keskkonnas. Paigaldusnurk, korpuse ava, sihtmärgi kuju, läheduses olevad takistused, temperatuuri kõikumine ja elektriline müra võivad kõik tegelikku jõudlust mõjutada.
Ultraheliandurid pakuvad paljude vedelate ja tahkete materjalide täpset, stabiilset ja kontaktivaba mõõtmist. Need on eriti kasulikud, kui optilist tuvastamist mõjutavad värv, läbipaistvus, tumedus, tolm, suits või pinna peegeldus.
Samas ei sobi ultraheliandurid igaks olukorraks. Enne anduri valimist peaksid insenerid kaaluma sagedust, pinget, tundlikkust, temperatuurikompensatsiooni, pimetsooni, ulatust, sihtmaterjali ja paigaldustingimusi.
Ultraheliandur mõõdab kaugust, saates kõrgsagedusliku heliimpulsi ja võttes vastu peegeldunud kaja. Kaugus arvutatakse ajast, mis kulub helilaine sihtmärgini jõudmiseks ja tagasipöördumiseks.
Ultraheliandurid võivad sobivates tingimustes olla ülitäpsed, eriti kontaktivaba kauguse ja taseme mõõtmiseks. Täpsus sõltub temperatuurist, niiskusest, sihtpinnast, anduri sagedusest, paigaldusnurgast ja signaalitöötlusest.
Temperatuur muudab heli kiirust õhus. Kui temperatuur muutub, võib mõõdetud vahemaa nihkuda, välja arvatud juhul, kui andur kasutab temperatuuri kompensatsiooni või süsteem näitu korrigeerib.
Valige avatud tüüpi ultraheliandur puhta sisekeskkonna ja kompaktsete seadmete jaoks. Valige veekindel ultraheliandur välistingimustes, niiskes, tolmuses või pritsmeohtlikus keskkonnas.
Kasutage õiget sagedust, hoidke andurit sihtmärgiga joondatud, vältige läheduses olevaid takistusi, tagage stabiilne sõidupinge, kasutage temperatuuri kompenseerimist ja testige andurit lõplikus paigalduskeskkonnas.
