Mga Pagtingin: 352 May-akda: Site Editor Oras ng Pag-publish: 2020-05-22 Pinagmulan: Site
Sa pang-araw-araw na produksyon at buhay, Ang mga ultrasonic ranging sensor ay malawakang ginagamit para sa car reversing radar, robot obstacle avoidance, construction measurement, liquid level detection, well depth measurement, pipeline length measurement, at iba pang non-contact distance measurement applications.
Ang pangunahing ultrasonic sensor ranging method ay time-of-flight measurement. Ang sensor ay nagpapalabas ng isang ultrasonic pulse, natatanggap ang echo na sinasalamin mula sa isang target, sinusukat ang round-trip na oras, at kinakalkula ang distansya mula sa bilis ng tunog.
Karaniwang nakabatay ang mga karaniwang ultrasonic ranging system sa isang single-chip microcomputer, naka-embed na controller, o CPLD. Anuman ang ginagamit na platform ng kontrol, dapat munang maunawaan ng pangunahing disenyo ang ultrasonic echo ranging, tulin ng tunog, kabayaran sa temperatura, blind zone, at mga kondisyon ng pagmuni-muni ng target.
Ang isang ultrasonic sensor ay nagko-convert ng mga de-koryenteng signal sa mga ultrasonic wave at nag-convert ng mga natanggap na ultrasonic echoes pabalik sa mga de-koryenteng signal. Ang mga ultrasonic wave ay mga mekanikal na alon na may mga frequency na higit sa 20kHz. Mayroon silang malakas na direksyon, mabagal na pagkawala ng enerhiya, at medyo mahaba ang propagation distance sa hangin, likido, o solid na media.
Kapag ang isang ultrasonic wave ay umabot sa isang balakid, interface, likidong ibabaw, o solid na target, bahagi ng wave ay makikita pabalik bilang isang echo. Nakikita ng receiving element ang echo na ito, at kinakalkula ng control circuit ang distansya mula sa sinusukat na oras ng paglalakbay.
Dahil ang pagsukat ng distansya ng ultrasonic ay hindi contact, mura, at madaling ibagay sa maraming materyales, nagbibigay ito ng kapaki-pakinabang na balanse sa pagitan ng real-time na pagtugon, katumpakan, pagiging maaasahan, at presyo.
Ang pinakakaraniwang paraan ng ultrasonic ranging ay ang round-trip time detection method, na tinatawag ding time-of-flight o pagsukat ng ToF. Ang sensor ay nagpapadala ng ultrasonic pulse sa isang direksyon at nagsisimula sa timing. Kapag bumalik ang echo, ihihinto ng system ang timing at kinakalkula ang one-way na distansya.
Kung s ang distansya sa pagitan ng sensor at ng sinusukat na target, ang t ay ang sinusukat na round-trip na oras, at ang v ay ang bilis ng pagpapalaganap ng tunog, ang formula ng distansya ay:
s = v × t / 2
Ang paghahati sa pamamagitan ng 2 ay kinakailangan dahil ang ultrasonic pulse ay naglalakbay mula sa sensor patungo sa target at pagkatapos ay bumalik mula sa target patungo sa sensor. Ang sinusukat na oras ay ang kabuuang round-trip na oras, hindi ang one-way na oras ng paglalakbay.
Para sa mataas na katumpakan na pagsukat ng distansya ng ultrasonic, ang kabayaran sa temperatura ay mahalaga dahil ang bilis ng tunog sa hangin ay nagbabago sa temperatura. Ang mainit na hangin ay nagpapataas ng bilis ng tunog, habang ang malamig na hangin ay nagpapababa nito.
Ang karaniwang ginagamit na formula ng kompensasyon sa temperatura ay:
v = 331.4 + 0.607T
Sa formula na ito, ang T ay ang ambient temperature sa °C, at ang v ay ang bilis ng tunog sa m/s. Ang pagdaragdag ng kabayaran sa temperatura ay maaaring mabawasan ang error sa pagsukat, lalo na sa panlabas, pang-industriya, o variable na temperatura na mga kapaligiran.
| Paraan | Paano Ito | Pinakamahusay na Paggamit |
|---|---|---|
| Paraan ng oras ng paglipad | Sinusukat ang oras sa pagitan ng ultrasonic transmission at echo reception. | Pagsusukat ng distansya, pagtukoy ng balakid, pagsukat ng antas ng likido. |
| Paraan ng pagtuklas ng phase | Kinakalkula ang distansya mula sa pagkakaiba ng bahagi sa pagitan ng ibinubuga at natanggap na mga alon. | Mga sistema ng pagsukat ng short-range at mas mataas na resolution. |
| Paraan ng echo amplitude | Sinusuri ang lakas ng sinasalamin na ultrasonic signal. | Pagtukoy sa target, pagsusuri ng materyal na pagmuni-muni, paghuhusga sa kalidad ng signal. |
| Salik | Epekto sa | Tip sa Pag-optimize ng Pagsukat |
|---|---|---|
| Temperatura | Binabago ang bilis ng tunog at nagiging sanhi ng error sa distansya. | Gumamit ng kabayaran sa temperatura sa control algorithm. |
| Blind zone | Maaaring hindi matukoy nang tama ang mga napakalapit na target dahil sa pag-ring ng transducer. | Pumili ng maliit na blind area na ultrasonic sensor para sa short-range na pagsukat. |
| Target na anggulo | Ang mga angled na ibabaw ay maaaring sumasalamin sa echo palayo sa receiver. | Panatilihing patayo ang sensor sa target na ibabaw hangga't maaari. |
| Target na materyal | Ang malambot, buhaghag, o sumisipsip ng tunog na mga materyales ay nagpapababa ng lakas ng echo. | Subukan ang aktwal na target na materyal sa panahon ng pagpapatunay ng produkto. |
| Ingay sa kapaligiran | Ang iba pang mga pinagmumulan ng ultrasonic o vibration ay maaaring magdulot ng mga maling pagbabasa. | Gumamit ng filtering, shielding, at angkop na sampling logic. |
| Tubig, alikabok at kaagnasan | Maaaring bawasan ng malupit na kapaligiran ang buhay ng sensor at kalidad ng signal. | Gumamit ng waterproof at corrosion-resistant na ultrasonic sensor kung kinakailangan. |
Ang isang karaniwang istraktura ng ultrasonic ranging ay gumagamit ng isang transmitting head at isang receiving head. Ang transmitter ay naglalabas ng mga ultrasonic wave, at ang receiver ay nakakakita ng sinasalamin na echo. Ang istrakturang ito ay simple at angkop para sa maraming pangkalahatang aplikasyon ng pagsukat ng distansya.
Gumagamit ang ilang system ng maramihang mga transmitting head na may isang receiving head, o maramihang sensor module na nakaayos sa isang array. Mapapahusay ng disenyong ito ang saklaw ng pag-detect, bawasan ang mga blind spot, at suportahan ang mas kumplikadong mga senaryo sa pagsukat gaya ng robot navigation o multi-point na liquid level detection.
Car reversing radar at parking assistance system.
Pag-iwas sa balakid ng robot at awtomatikong pag-navigate.
Pagsukat ng antas ng likido sa mga tangke, lalagyan, at kagamitang pang-industriya.
Lalim ng balon, haba ng pipeline, at pagsukat sa lugar ng konstruksiyon.
Pag-detect ng bagay sa mga kagamitan sa automation at mga linya ng produksyon.
Waterproof distance sensing sa labas o mahalumigmig na kapaligiran.
Ang mga ultrasonic ranging sensor ay sikat dahil sinusuportahan ng mga ito ang non-contact measurement, may simpleng prinsipyo sa pagtatrabaho, at nakaka-detect ng maraming solid at liquid na target anuman ang kulay o transparency. Ang mga ito ay cost-effective din kumpara sa ilang optical o laser measurement solutions.
Sa isang maliit na anggulo at maliit na blind-zone na ultrasonic sensor, makakamit ng system ang mas tumpak na pagsukat sa mga compact na espasyo. Ang mga disenyong hindi tinatablan ng tubig at lumalaban sa kaagnasan ay ginagawang kapaki-pakinabang din ang mga ultrasonic sensor sa antas ng likido, panlabas, at pang-industriya na mga aplikasyon.
Ang prinsipyo ng pagsukat ng distansya ng ultrasonic ay ang magpadala ng mga ultrasonic wave patungo sa isang target, tumanggap ng sinasalamin na echo, sukatin ang oras ng round-trip, at kalkulahin ang distansya gamit ang bilis ng tunog. Ang pangunahing formula ay s = v × t / 2.
Para sa mas tumpak na ultrasonic ranging, dapat isaalang-alang ng mga designer ang temperature compensation, blind zone, target angle, material reflection, environmental noise, at sensor installation. Ang tamang pagpili ng sensor at pagpoproseso ng signal ay maaaring mapabuti ang katatagan ng pagsukat sa mga totoong application.
Sinusukat ng ultrasonic sensor ranging method ang distansya sa pamamagitan ng pagpapadala ng ultrasonic pulse, pagtanggap ng reflected echo, at pagkalkula ng distansya mula sa sound travel time. Ito ay tinatawag ding ultrasonic time-of-flight o echo ranging.
Ang pangunahing ultrasonic distance formula ay s = v × t / 2 . Sa formula na ito, s ang distansya, v ay ang bilis ng tunog, at ang t ay ang sinusukat na round-trip na oras ng ultrasonic pulse.
Sinusukat ng sensor ang kabuuang oras para maglakbay ang ultrasonic wave sa bagay at bumalik. Dahil round trip ito, dapat hatiin ng 2 ang resulta para makuha ang one-way na distansya sa pagitan ng sensor at ng target.
Binabago ng temperatura ang bilis ng tunog sa hangin. Kung ang temperatura ay nagbabago ngunit ang sistema ay gumagamit pa rin ng isang nakapirming bilis ng tunog, ang kinakalkula na distansya ay magkakaroon ng error. Ang kompensasyon sa temperatura ay nakakatulong na mapabuti ang katumpakan ng ultrasonic ranging.
Ang blind zone ay ang pinakamababang distansya kung saan ang sensor ay hindi masusukat nang maaasahan. Ito ay kadalasang sanhi ng transducer na nagri-ring pagkatapos ng paghahatid. Para sa short-range detection, pumili ng ultrasonic sensor na may maliit na blind area.
Ang malambot, buhaghag, sumisipsip ng tunog, napakanipis, o matalim na anggulong ibabaw ay maaaring magpababa ng lakas ng echo. Ang foam, tela, at mga anggulong bagay ay maaaring magdulot ng mahina o hindi matatag na ultrasonic distance reading.
Ang mga ultrasonic ranging sensor ay karaniwang ginagamit sa mga sensor ng paradahan, pag-iwas sa obstacle ng robot, pagsukat ng antas ng likido, automation ng industriya, pagsukat ng konstruksiyon, pagtuklas ng pipeline, at mga sistema ng pagsukat ng distansya na hindi nakikipag-ugnayan.
