Katselukerrat: 352 Tekijä: Site Editor Julkaisuaika: 2020-05-22 Alkuperä: Sivusto
Päivittäisessä tuotannossa ja elämässä Ultraäänimittausantureita käytetään laajalti auton peruutustutkassa, robotin esteiden välttämisessä, rakennusmittauksissa, nestetason havaitsemisessa, kaivon syvyyden mittauksessa, putkilinjan pituuden mittauksessa ja muissa kosketuksettomissa etäisyyden mittaussovelluksissa.
Ultraäänianturin ydinetäisyysmenetelmä on lentoajan mittaus. Anturi lähettää ultraäänipulssin, vastaanottaa kohteesta heijastuneen kaiun, mittaa edestakaisen matka-ajan ja laskee etäisyyden äänen nopeudesta.
Yleiset ultraäänimittausjärjestelmät perustuvat yleensä yksisiruiseen mikrotietokoneeseen, sulautettuun ohjaimeen tai CPLD:hen. Riippumatta siitä, mitä ohjausalustaa käytetään, perussuunnittelun on ensin ymmärrettävä ultraäänen kaiun etäisyys, äänen nopeus, lämpötilan kompensointi, sokea vyöhyke ja kohteen heijastusolosuhteet.
Ultraäänianturi muuntaa sähköiset signaalit ultraääniaalloiksi ja muuntaa vastaanotetut ultraäänikaiut takaisin sähköisiksi signaaleiksi. Ultraääniaallot ovat mekaanisia aaltoja, joiden taajuudet ovat yli 20 kHz. Niillä on vahva suuntautuvuus, hidas energiahäviö ja suhteellisen pitkä etenemisetäisyys ilmassa, nestemäisessä tai kiinteässä väliaineessa.
Kun ultraääniaalto saavuttaa esteen, rajapinnan, nestepinnan tai kiinteän kohteen, osa aallosta heijastuu takaisin kaikuna. Vastaanottava elementti havaitsee tämän kaiun ja ohjauspiiri laskee etäisyyden mitatusta matkaajasta.
Koska ultraäänietäisyysmittaus on kosketukseton, edullinen ja mukautettavissa moniin materiaaleihin, se tarjoaa hyödyllisen tasapainon reaaliaikaisen vasteen, tarkkuuden, luotettavuuden ja hinnan välillä.
Yleisin ultraäänietäisyysmittausmenetelmä on edestakaisen matka-ajan ilmaisumenetelmä, jota kutsutaan myös lentoajan tai ToF-mittauksiksi. Anturi lähettää ultraäänipulssin yhteen suuntaan ja aloittaa ajoituksen. Kun kaiku palaa, järjestelmä lopettaa ajoituksen ja laskee yksisuuntaisen etäisyyden.
Jos s on anturin ja mitatun kohteen välinen etäisyys, t on mitattu meno-paluuaika ja v on äänen etenemisnopeus, etäisyyskaava on:
s = v × t / 2
Jako kahdella on tarpeen, koska ultraäänipulssi kulkee anturista kohteeseen ja palaa sitten kohteesta anturiin. Mitattu aika on meno-paluumatkan kokonaisaika, ei yhdensuuntaisen matkan aika.
Ultraäänietäisyyden suuren tarkkuuden mittauksessa lämpötilan kompensointi on tärkeää, koska äänen nopeus ilmassa muuttuu lämpötilan mukaan. Lämmin ilma lisää äänen nopeutta, kun taas kylmä ilma vähentää sitä.
Yleisesti käytetty lämpötilakompensointikaava on:
v = 331,4 + 0,607T
Tässä kaavassa T on ympäristön lämpötila °C:na ja v on äänen nopeus m/s. Lämpötilan kompensoinnin lisääminen voi vähentää mittausvirheitä erityisesti ulko-, teollisuus- tai vaihtelevan lämpötilan ympäristöissä.
| Menetelmä | Miten se toimii | Paras käyttö |
|---|---|---|
| Lentoaikamenetelmä | Mittaa aikaa ultraäänilähetyksen ja kaiun vastaanoton välillä. | Etäisyyden mittaus, esteen havaitseminen, nestepinnan mittaus. |
| Vaiheen havaitsemismenetelmä | Laskee etäisyyden lähetettyjen ja vastaanotettujen aaltojen vaihe-erosta. | Lyhyen kantaman ja korkeamman resoluution mittausjärjestelmät. |
| Kaiun amplitudimenetelmä | Analysoi heijastuneen ultraäänisignaalin voimakkuutta. | Kohteen havaitseminen, materiaalin heijastusanalyysi, signaalin laadun arviointi. |
| vaikutus | mittauksen | optimointiin Vihje |
|---|---|---|
| Lämpötila | Muuttaa äänen nopeutta ja aiheuttaa etäisyysvirheen. | Käytä lämpötilakompensaatiota ohjausalgoritmissa. |
| Sokea alue | Hyvin lähellä olevia kohteita ei ehkä havaita oikein anturin soittoäänen vuoksi. | Valitse lyhyen kantaman mittausta varten pieni sokean alueen ultraäänianturi. |
| Kohdekulma | Kulmaiset pinnat voivat heijastaa kaiun pois vastaanottimesta. | Pidä anturi mahdollisimman kohtisuorassa kohdepintaan nähden. |
| Kohdemateriaali | Pehmeät, huokoiset tai ääntä vaimentavat materiaalit vähentävät kaiun voimakkuutta. | Testaa todellista kohdemateriaalia tuotteen validoinnin aikana. |
| Ympäristön melu | Muut ultraäänilähteet tai tärinä voivat aiheuttaa vääriä lukemia. | Käytä suodatusta, suojausta ja sopivaa näytteenottologiikkaa. |
| Vesi, pöly ja korroosio | Ankarat ympäristöt voivat lyhentää anturin käyttöikää ja signaalin laatua. | Käytä tarvittaessa vedenpitäviä ja korroosionkestäviä ultraääniantureita. |
Yleinen ultraäänietäisyysrakenne käyttää yhtä lähetyspäätä ja yhtä vastaanottopäätä. Lähetin lähettää ultraääniaaltoja ja vastaanotin havaitsee heijastuneen kaiun. Tämä rakenne on yksinkertainen ja sopii moniin yleisiin etäisyysmittaussovelluksiin.
Joissakin järjestelmissä käytetään useita lähetyspäitä, joissa on yksi vastaanottopää, tai useita anturimoduuleja, jotka on järjestetty ryhmään. Tämä rakenne voi parantaa havaitsemisen kattavuutta, vähentää kuolleita kulmia ja tukea monimutkaisempia mittausskenaarioita, kuten robottinavigointia tai monipisteistä nestepinnan tunnistusta.
Auton peruutustutka ja pysäköintitutkajärjestelmät.
Robotin esteiden välttäminen ja automaattinen navigointi.
Nesteen tason mittaus säiliöissä, säiliöissä ja teollisuuslaitteissa.
Kaivon syvyys, putkilinjan pituus ja rakennustyömaan mittaus.
Objektien havaitseminen automaatiolaitteissa ja tuotantolinjoissa.
Vedenpitävä etäisyysmittaus ulkona tai kosteassa ympäristössä.
Ultraäänimittausanturit ovat suosittuja, koska ne tukevat kosketuksetonta mittausta, niillä on yksinkertainen toimintaperiaate ja ne voivat havaita monia kiinteitä ja nestemäisiä kohteita väristä tai läpinäkyvyydestä riippumatta. Ne ovat myös kustannustehokkaita verrattuna joihinkin optisiin tai lasermittausratkaisuihin.
Pienen kulman ja pienen sokean alueen ultraäänianturilla järjestelmä voi saavuttaa tarkemman mittauksen pienissä tiloissa. Vedenpitävät ja korroosionkestävät mallit tekevät ultraääniantureista myös hyödyllisiä nestetaso-, ulko- ja teollisuussovelluksissa.
Ultraäänietäisyysmittauksen periaate on lähettää ultraääniaaltoja kohti kohdetta, vastaanottaa heijastunut kaiku, mitata edestakaisen matka-aika ja laskea etäisyys äänen nopeudella. Peruskaava on s = v × t / 2.
Tarkempaa ultraäänietäisyyttä varten suunnittelijoiden tulee harkita lämpötilakompensointia, sokeaa aluetta, kohdekulmaa, materiaalin heijastusta, ympäristömelua ja anturin asennusta. Oikea anturin valinta ja signaalinkäsittely voivat parantaa mittauksen vakautta todellisissa sovelluksissa.
Ultraäänisensorin etäisyysmittausmenetelmä mittaa etäisyyttä lähettämällä ultraäänipulssin, vastaanottamalla heijastuneen kaiun ja laskemalla etäisyyden äänen kulkuajasta. Tätä kutsutaan myös ultraääni-aika- tai kaikuetäisyydeksi.
Ultraäänietäisyyden peruskaava on s = v × t / 2 . Tässä kaavassa s on etäisyys, v on äänen nopeus ja t on ultraäänipulssin mitattu paluuaika.
Anturi mittaa kokonaisajan, jonka ultraääniaalto kulkee kohteeseen ja palaa takaisin. Koska kyseessä on edestakainen matka, tulos on jaettava kahdella, jotta saadaan yksisuuntainen etäisyys anturin ja kohteen välillä.
Lämpötila muuttaa äänen nopeutta ilmassa. Jos lämpötila muuttuu, mutta järjestelmä käyttää edelleen kiinteää äänennopeutta, lasketussa etäisyydessä on virhe. Lämpötilan kompensointi auttaa parantamaan ultraäänialueen tarkkuutta.
Sokea alue on pienin etäisyys, jota anturi ei voi mitata luotettavasti. Se johtuu yleensä kaikuanturin soimisesta lähetyksen jälkeen. Valitse lyhyen kantaman havaitsemiseen ultraäänianturi, jossa on pieni sokea alue.
Pehmeät, huokoiset, ääntä vaimentavat, erittäin ohuet tai teräväkulmaiset pinnat voivat heikentää kaiun voimakkuutta. Vaahtomuovi, kangas ja vinossa olevat esineet voivat aiheuttaa heikkoja tai epävakaita ultraäänietäisyyslukemia.
Ultraäänimittausantureita käytetään yleisesti pysäköintiantureissa, robotin esteiden välttämisessä, nestepinnan mittauksessa, teollisuusautomaatiossa, rakennusmittauksissa, putkistojen havaitsemisessa ja kosketuksettomissa etäisyyden mittausjärjestelmissä.
