Vaatamised: 352 Autor: saidi toimetaja Avaldamisaeg: 2020-05-22 Päritolu: Sait
Igapäevases tootmises ja elus Ultraheli kaugusandureid kasutatakse laialdaselt autode tagurdusradariks, roboti takistuste vältimiseks, ehituse mõõtmiseks, vedeliku taseme tuvastamiseks, kaevu sügavuse mõõtmiseks, torujuhtme pikkuse mõõtmiseks ja muudeks kontaktivaba kauguse mõõtmiseks.
Ultrahelianduri põhimeetodiks on lennuaja mõõtmine. Andur kiirgab ultraheliimpulssi, võtab vastu sihtmärgilt peegelduva kaja, mõõdab edasi-tagasi aega ja arvutab helikiirusest kauguse.
Levinud ultraheli kauguse määramise süsteemid põhinevad tavaliselt ühe kiibiga mikroarvutil, sisseehitatud kontrolleril või CPLD-l. Olenemata sellest, millist juhtimisplatvormi kasutatakse, peab põhikonstruktsioon kõigepealt mõistma ultraheli kaja ulatust, heli kiirust, temperatuuri kompenseerimist, pimetsooni ja sihtmärgi peegeldustingimusi.
Ultraheliandur muudab elektrilised signaalid ultrahelilaineteks ja vastuvõetud ultraheli kajad tagasi elektrilisteks signaalideks. Ultrahelilained on mehaanilised lained, mille sagedus on üle 20 kHz. Neil on tugev suund, aeglane energiakadu ja suhteliselt pikk levimiskaugus õhus, vedelas või tahkes keskkonnas.
Kui ultrahelilaine jõuab takistuseni, liideseni, vedeliku pinnale või tahkele sihtmärgile, peegeldub osa lainest tagasi kajana. Vastuvõttev element tuvastab selle kaja ja juhtahel arvutab kauguse mõõdetud sõiduajast.
Kuna ultraheli kauguse mõõtmine on kontaktivaba, odav ja paljude materjalidega kohandatav, tagab see kasuliku tasakaalu reaalajas reageerimise, täpsuse, töökindluse ja hinna vahel.
Kõige tavalisem ultraheli kauguse määramise meetod on edasi-tagasi aja tuvastamise meetod, mida nimetatakse ka lennuaja või ToF mõõtmiseks. Andur saadab ühes suunas ultraheliimpulsi ja alustab ajastust. Kui kaja naaseb, peatab süsteem ajavõtu ja arvutab ühesuunalise vahemaa.
Kui s on anduri ja mõõdetud sihtmärgi vaheline kaugus, t on mõõdetud edasi-tagasi aeg ja v on heli levimiskiirus, on kauguse valem järgmine:
s = v × t / 2
2-ga jagamine on vajalik, kuna ultraheliimpulss liigub andurilt sihtmärgini ja naaseb seejärel sihtmärgist andurisse. Mõõdetud aeg on edasi-tagasi reisi koguaeg, mitte ühesuunalise reisi aeg.
Ultraheli kauguse ülitäpse mõõtmise jaoks on temperatuuri kompenseerimine oluline, kuna heli kiirus õhus muutub koos temperatuuriga. Soe õhk suurendab heli kiirust, külm õhk aga vähendab seda.
Tavaliselt kasutatav temperatuurikompensatsiooni valem on:
v = 331,4 + 0,607 T
Selles valemis on T ümbritseva õhu temperatuur °C ja v heli kiirus m/s. Temperatuurikompensatsiooni lisamine võib vähendada mõõtmisvigu, eriti välistingimustes, tööstuslikus või muutuva temperatuuriga keskkondades.
| Kuidas | see toimib | Parim Kasutus |
|---|---|---|
| Lennuaja meetod | Mõõdab aega ultraheli edastamise ja kaja vastuvõtmise vahel. | Kauguse mõõtmine, takistuste tuvastamine, vedeliku taseme mõõtmine. |
| Faasi tuvastamise meetod | Arvutab kauguse kiiratud ja vastuvõetud lainete faaside erinevusest. | Lühimaa ja kõrgema eraldusvõimega mõõtesüsteemid. |
| Kaja amplituudi meetod | Analüüsib peegeldunud ultrahelisignaali tugevust. | Sihtmärgi tuvastamine, materjali peegeldusanalüüs, signaali kvaliteedi hindamine. |
| teguri | mõju mõõtmise | optimeerimisele |
|---|---|---|
| Temperatuur | Muudab heli kiirust ja põhjustab kauguse viga. | Kasutage juhtimisalgoritmis temperatuuri kompenseerimist. |
| Pime tsoon | Väga lähedasi sihtmärke ei pruugita anduri helisemise tõttu õigesti tuvastada. | Lühimaa mõõtmiseks valige väikese pimeala ultraheliandur. |
| Sihtnurk | Nurga all olevad pinnad võivad peegeldada kaja vastuvõtjast eemale. | Hoidke andur sihtpinnaga võimalikult risti. |
| Sihtmaterjal | Pehmed, poorsed või heli neelavad materjalid vähendavad kaja tugevust. | Testige tegelikku sihtmaterjali toote valideerimise ajal. |
| Keskkonnamüra | Muud ultraheliallikad või vibratsioon võivad põhjustada valenäite. | Kasutage filtreerimist, varjestust ja sobivat diskreetimisloogikat. |
| Vesi, tolm ja korrosioon | Karmid keskkonnad võivad vähendada anduri eluiga ja signaali kvaliteeti. | Vajadusel kasutage vee- ja korrosioonikindlaid ultraheliandureid. |
Tavaline ultraheli kauguse määramise struktuur kasutab ühte saatepead ja ühte vastuvõtupead. Saatja kiirgab ultrahelilaineid ja vastuvõtja tuvastab peegeldunud kaja. See struktuur on lihtne ja sobib paljudeks üldisteks kauguse mõõtmise rakendusteks.
Mõned süsteemid kasutavad mitut saatepead ühe vastuvõtupeaga või mitut andurimoodulit, mis on paigutatud massiivi. See disain võib parandada tuvastamise ulatust, vähendada pimealasid ja toetada keerukamaid mõõtmistsenaariume, nagu roboti navigeerimine või mitmepunktiline vedelikutaseme tuvastamine.
Autode tagurdusradar ja parkimisabisüsteemid.
Roboti takistuste vältimine ja automaatne navigeerimine.
Vedeliku taseme mõõtmine paakides, konteinerites ja tööstusseadmetes.
Kaevu sügavus, torujuhtme pikkus ja ehitusplatsi mõõtmine.
Objektide tuvastamine automaatikaseadmetes ja tootmisliinides.
Veekindel kauguse tuvastamine välistingimustes või niiskes keskkonnas.
Ultraheli kauguse andurid on populaarsed, kuna need toetavad mittekontaktset mõõtmist, neil on lihtne tööpõhimõte ja nad suudavad tuvastada paljusid tahkeid ja vedelaid sihtmärke, olenemata värvist või läbipaistvusest. Need on ka mõne optilise või lasermõõtmislahendusega võrreldes kuluefektiivsed.
Väikese nurga ja väikese pimetsooni ultrahelianduriga saab süsteem saavutada kompaktsetes ruumides täpsema mõõtmise. Vee- ja korrosioonikindlad konstruktsioonid muudavad ultraheliandurite kasulikuks ka vedelikutaseme, välistingimustes ja tööstuslikes rakendustes.
Ultraheli kauguse mõõtmise põhimõte seisneb ultrahelilainete saatmises sihtmärgi suunas, peegeldunud kaja vastuvõtmises, edasi-tagasi sõiduaja mõõtmises ja kauguse arvutamises helikiiruse abil. Põhivalem on s = v × t / 2.
Ultraheli täpsema ulatuse määramiseks peaksid disainerid kaaluma temperatuuri kompenseerimist, pimetsooni, sihtnurka, materjali peegeldust, keskkonnamüra ja anduri paigaldamist. Anduri õige valik ja signaalitöötlus võivad tegelikes rakendustes parandada mõõtmise stabiilsust.
Ultrahelianduri kauguse määramise meetod mõõdab kaugust, saates ultraheliimpulsi, võttes vastu peegeldunud kaja ja arvutades kauguse heli edenemise ajast. Seda nimetatakse ka ultraheli lennuaja- või kajaulatuseks.
Ultraheli kauguse põhivalem on s = v × t / 2 . Selles valemis s on kaugus, v on heli kiirus ja t on ultraheliimpulsi mõõdetud edasi-tagasi aeg.
Andur mõõdab ultrahelilaine objektile liikumise ja tagasipöördumise koguaega. Kuna tegemist on edasi-tagasi reisiga, tuleb anduri ja sihtmärgi vahelise ühesuunalise kauguse saamiseks tulemus jagada 2-ga.
Temperatuur muudab heli kiirust õhus. Kui temperatuur muutub, kuid süsteem kasutab endiselt fikseeritud helikiirust, on arvutatud kauguses viga. Temperatuuri kompenseerimine aitab parandada ultraheli mõõtmise täpsust.
Pime tsoon on minimaalne vahemaa, mida andur ei saa usaldusväärselt mõõta. Selle põhjuseks on tavaliselt anduri helin pärast edastamist. Lühimaa tuvastamiseks valige väikese pimealaga ultraheliandur.
Pehmed, poorsed, heli neelavad, väga õhukesed või terava nurga all olevad pinnad võivad kaja tugevust vähendada. Vaht, kangas ja nurga all olevad esemed võivad põhjustada ultraheli kauguse nõrkade või ebastabiilsete näitu.
Ultraheli mõõteandureid kasutatakse tavaliselt parkimisandurites, roboti takistuste vältimises, vedeliku taseme mõõtmises, tööstusautomaatikas, ehituse mõõtmises, torujuhtme tuvastamises ja kontaktivaba kauguse mõõtmise süsteemides.
