Ultraheli põhimõte

Ultraheli ulatus on tehnoloogia, mis kasutab kahe objekti vahelise kauguse määramiseks helilaineid. Sellest on saanud oluline tööriist erinevates tööstusharudes, sealhulgas autotööstuses, tervishoius ja robootika. Selle artikli eesmärk on anda ultraheli ulatuse ja selle rakenduste põhimõtte põhjalik selgitus.

Mis ulatub ultraheli?

Ultraheli ulatus on tehnika, mis kasutab kõrgsageduslike helilaineid kahe objekti vahelise kauguse määramiseks. See toimib, edastades muundurist ultrahelilaine ja mõõtes laine pärast objekti löömist. Aega, mis kulub laine tagasitulekuks, kasutatakse muunduri ja objekti vahelise kauguse arvutamiseks. Seal on erinevat tüüpi ultraheli andureid, sealhulgas ühe muunduri andurid ja kahe muunduri andurid.

Ultraheli tööpõhimõte

Ultraheli ulatuse põhimõte põhineb helilainete füüsikal. Kui ultrahelilaine edastatakse muundurist, liigub see läbi õhu ja jõuab objekti. Seejärel põrkub laine tagasi muunduri juurde ja mõõdetakse laine tagastamise aeg. Seekord kasutatakse muunduri ja objekti vahelise vahemaa arvutamiseks.

Anduril on oluline roll ultraheli ulatuses. See vastutab nii ultrahelilaine edastamise kui ka vastuvõtmise eest. Andur teisendab elektrilised signaalid mehaanilisteks vibratsiooniks, mis seejärel edastatakse ultrahelilainetena. Kui laine tabab objekti ja põrkub tagasi, võtab muundur laine vastu ja teisendab selle tagasi elektrisignaaliks.

Ultraheli ulatuse eelised ja piirangud

Ultraheli ulatumisel on teiste ulatuslike tehnoloogiate ees mitmeid eeliseid. See on kontaktivaba, mis tähendab, et seda saab kasutada objektide vahelise kauguse mõõtmiseks ilma neid füüsiliselt puudutamata. See on ka täpne, pakkudes täpseid mõõtmisi isegi pikkade vahemaade jooksul.

Kuid ultraheli ulatumisel on ka mõned piirangud. Seda mõjutavad sellised keskkonnategurid nagu temperatuur, õhurõhk ja niiskus. Samuti ei saa see tungida tahketesse objektidesse, mis tähendab, et see ei saa mõõta kaugust objektist, mis on teise objekti taga. See võib selle kasulikkust teatud rakendustes piirata.

Võrreldes teiste ulatuslike tehnoloogiatega, näiteks laservahemiku ja infrapuna ulatuse ulatuses, on ultraheli ulatus suhteliselt odav ja hõlpsasti rakendatav. See teeb sellest populaarse valiku mitmesuguste rakenduste jaoks.

Ultraheli ulatuse rakendused

Ultraheli ulatust kasutatakse erinevates tööstusharudes, sealhulgas autotööstuses, tervishoius ja robootika. Autotööstuses kasutatakse ultraheli ulatust kauguse mõõtmiseks ja takistuste tuvastamiseks sõidukites. See võimaldab sõidukitel vältida kokkupõrkeid ja parkida ohutult.

Tervishoiutööstuses kasutatakse ultraheli ulatust mitteinvasiivseks pildistamiseks ja siseorganite vahelise kauguse mõõtmiseks. See võimaldab meditsiinitöötajatel diagnoosida ja ravida patsiente ilma invasiivsete protseduuride vajaduseta.

Robootika valdkonnas kasutatakse navigeerimiseks ja takistuste vältimiseks ultraheli ulatust. Ultraheli anduritega varustatud robotid saavad navigeerida keerukates keskkondades ja vältida takistusi, muutes need tõhusamaks ja tulemuslikumaks.

Ultraheli tulevik ulatub

Ultraheli valdkond areneb kiiresti, kogu aeg tehtud uusi edusamme. Tulevikus on tõenäoline, et ultraheli ulatus integreeritakse veelgi rohkematesse tööstusharudesse ja rakendustesse.

Üks potentsiaalne ultraheli ulatuse tulevane rakendamine on autonoomsete sõidukite valdkonnas. Autonoomsed sõidukid nõuavad ohutuks navigeerimiseks väga täpset ja usaldusväärset vahemaa mõõtmissüsteeme. Ultraheli ulatus võib selles mängida üliolulist rolli, pakkudes vajalikke kauguse mõõtmisi, et autonoomsed sõidukid saaksid ohutult töötada.

Veel üks ultraheli ulatuse potentsiaalne rakendamine on tööstusautomaatika valdkonnas. Suureneva nõudlusega tõhusate ja kulutõhusate automatiseerimissüsteemide järele võiks ultraheli ulatus mängida võtmerolli tööstusrobotite täpsete ja usaldusväärsete mõõtmiste pakkumisel.

Järeldus

Kokkuvõtteks võib öelda, et ultraheli ulatus on tehnoloogia, mis kasutab kahe objekti vahelise kauguse määramiseks kõrgsageduslike helilaineid. Sellest on saanud oluline tööriist erinevates tööstusharudes, sealhulgas autotööstuses, tervishoius ja robootika. Ultraheli ulatuse põhimõte põhineb helilainete füüsikal ja see on võimalik ultraheli muundurite abil. Kuigi ultraheli ulatumisel on mõned piirangud, on sellel ka mitmeid eeliseid, mis teeb sellest populaarse valiku mitmesuguste rakenduste jaoks. Ultraheli ulatuse tulevik näeb välja helge, silmapiiril on uued edusammud ja võimalikud rakendused.

Helilaine sagedus, mida inimese kõrvad kuulevad, on 20Hz ～ 20 kHz. Kui sagedus on suurem kui 20 kHz, ei kuule inimese kõrv seda. Seetõttu nimetame helilaineks sagedusega, mis on suurem kui 20 kHz 'ultrahelilaine'.

Ultrahelil on tugev suunavus ja see liigub õhus pika vahemaa tagant. See kajastub takistuste ilmnemisel. Seetõttu kasutavad inimesed vahemaa mõõtmiseks sageli ultrahelilainet.

Kõige sagedamini ultraheli kauguse mõõtmise meetod on kaja tuvastamise meetod. Ultraheli saatja kiirgab ultrahelilaineid teatud suunas. Samal ajal emissiooniga alustab taimer ajastust. Ultraheli vastuvõtja lõpetab ajastuse kohe, kui ta saab peegeldunud ultrahelilaineid. Ultrahelilainete levimiskiirus õhus on 340 m/s. Taimeri registreeritud aja järgi saab arvutada kauguse emissioonipunktist takistuspinnale.

Ultraheli andurite peamised jõudlusnäitajad hõlmavad järgmist:

(1) töösagedus. Töösagedus on piesoelektrilise kiibi resonantssagedus. Kui selle kahele otsale rakendatud vahelduvpinge sagedus võrdub kiibi resonantssagedusega, on väljundienergia suurim ja tundlikkus on ka kõrgeim.

(2) töötemperatuur. Kuna piesoelektrilise materjali kauguspunkt on üldiselt suhteliselt kõrge, eriti diagnoosi ultraheli sond kasutab väikest võimsust, seega on töötemperatuur suhteliselt madal ja see võib töötada pikka aega ilma rikketa. Ravis kasutatud ultraheli sondi temperatuur on suhteliselt kõrge ja vajalik on eraldi jahutusseade.

(3) tundlikkus. See sõltub peamiselt tootmiskiibist endast, elektromehaanilise sidumise koefitsient on suur ja tundlikkus on kõrge.

Teaduse ja tehnoloogia kiire arenguga pole meil keeruline leida ultraheli andurite rakendamist. Näiteks kasutab tagurpidi radar vahemaa mõõtmiseks ultrahelilaineid, et mõista parkimise ja takistuste vältimise funktsiooni. Manorshi insener soovitab kolme ultraheli andurit MSW-A1458H09TR, MSW-A1440H09TR ja MSW-A1840H12TR. Neil on hea stabiilsus, kõrge tundlikkus ja kõrge täpsus ning turg on seda hästi vastu võtnud.