Views: 110 Author: Grace Publish Time: 2021-06-25 Pinagmulan: Site
Ang mga ultrasonic sensor ay mga device na gumagamit ng mga high-frequency na sound wave upang makita ang mga bagay, sukatin ang distansya, o subaybayan ang paggalaw. Kino-convert nila ang mga de-koryenteng signal sa mga ultrasonic wave at pagkatapos ay i-convert ang mga naka-reflect na dayandang pabalik sa mga electrical signal para sa pagsukat at kontrol.
Ang ultrasonic wave ay isang mekanikal na sound wave na may frequency na mas mataas sa 20kHz. Dahil ang mga ultrasonic wave ay may maikling wavelength, magandang direksyon, at medyo matatag na pagpapalaganap sa hangin, malawakang ginagamit ang mga ito sa pagsukat ng distansya, pagtuklas ng bagay, liquid level sensing, parking sensor, robotics, at industrial automation.
Ang isang tipikal na ultrasonic distance sensor ay gumagamit ng isang transmitter upang maglabas ng mga sound wave at isang receiver upang makuha ang sinasalamin na alon. Sa pamamagitan ng pagsukat ng oras sa pagitan ng transmission at echo reception, maaaring kalkulahin ng sensor ang distansya mula sa sensor hanggang sa target na bagay.
Ang ultrasonic sensor ay isang non-contact sensor na gumagamit ng ultrasound para makita ang presensya, distansya, posisyon, o paggalaw ng isang bagay. Maaari itong gumana bilang ultrasonic distance sensor, object detection sensor, liquid level sensor, o proximity sensor depende sa disenyo at application ng circuit.
Sa maraming 40kHz ultrasonic sensor, ginagamit ang isang ceramic transducer upang makabuo at makatanggap ng mga ultrasonic wave. Nagpapadala ang transmitter ng ultrasonic pulse, at nakita ng receiver ang echo na sinasalamin ng target. Pagkatapos ay pinoproseso ng sensor circuit ang echo signal at naglalabas ng distansya o data ng detection.
Ang isang pares ng ultrasonic sensor ay maaaring gawin ng isang hiwalay na transmitter at receiver, o ang parehong mga function ay maaaring i-embed sa isang solong transceiver unit. Ang larawan sa ibaba ay nagpapakita ng Manorshi 40kHz ultrasonic transmitter at mga bahagi ng receiver. Higit pang mga produkto ng ultrasonic sensor ang makukuha sa Manorshi Ultrasonic Sensor.
Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng isang ultrasonic sensor ay batay sa sound wave transmission, reflection, at echo detection. Ang sensor ay naglalabas ng ultrasonic pulse patungo sa isang target. Kapag ang sound wave ay umabot sa ibabaw ng bagay, ang bahagi ng wave ay sumasalamin pabalik sa receiver.
Sinusukat ng sensor ang echo travel time, na tinatawag ding time-of-flight. Dahil ang bilis ng tunog sa hangin ay kilala, ang distansya ay maaaring kalkulahin mula sa round-trip na oras ng ultrasonic wave.
Distansya = Bilis ng Tunog × Oras ng Echo / 2
Ang resulta ay nahahati sa 2 dahil ang sound wave ay naglalakbay mula sa sensor patungo sa bagay at pagkatapos ay bumalik mula sa bagay patungo sa sensor. Ang sinusukat na oras ng echo ay isang round-trip na oras, hindi isang one-way na oras.
| Hakbang | Ano ang Mangyayari |
|---|---|
| 1. Electrical signal input | Ang circuit ay naglalapat ng isang de-koryenteng signal sa ultrasonic transmitter. |
| 2. Ultrasonic wave emission | Ang piezoelectric transducer ay nagvibrate at naglalabas ng mga ultrasonic wave. |
| 3. Echo reflection | Ang wave ay sumasalamin kapag ito ay nakakatugon sa isang bagay, likidong ibabaw, o interface. |
| 4. Echo reception | Nakikita ng receiver ang sinasalamin na ultrasonic wave. |
| 5. Pagkalkula ng signal | Kinakalkula ng control circuit ang distansya mula sa oras ng paglipad. |
An Ang ultrasonic transmitter ay karaniwang gumagamit ng piezoelectric ceramic crystal na nakakabit sa isang metal vibration plate o resonator. Kapag ang isang alternating electrical boltahe ay inilapat sa piezoceramic elemento, ito ay lumalawak at mabilis na kumukuha.
Ang mekanikal na panginginig ng boses na ito ay bumubuo ng mga ultrasonic wave. Ang resonator at housing ay tumutulong na idirekta ang acoustic energy pasulong, kaya ang ibinubuga na sound wave ay naglalakbay bilang direksyon na sinag sa halip na kumakalat nang pantay sa lahat ng direksyon.
Ang isang ultrasonic receiver ay gumagana sa kabaligtaran na paraan. Kapag ang isang sinasalamin na ultrasonic wave ay umabot sa receiver, ang vibration plate ay gumagalaw. Ang vibration na ito ay inililipat sa piezoelectric ceramic disc.
Dahil sa piezoelectric effect, ang ceramic na elemento ay bumubuo ng isang de-koryenteng signal kapag ito ay mechanically stressed. Pinapalakas at pinoproseso ng sensor circuit ang mahinang signal na ito upang matukoy kung bumalik ang isang echo at kung gaano katagal dumating ang echo.
Sa madaling salita, ang mga ultrasonic sensor ay maaaring parehong magpadala at tumanggap ng mga ultrasonic wave. Kapag nagpapadala, kino-convert nila ang elektrikal na enerhiya sa ultrasonic vibration. Kapag tumatanggap ng mga dayandang, kino-convert nila ang ultrasonic vibration sa mga electrical signal. Ito ang dahilan kung bakit sila ay tinatawag ding mga ultrasonic transducers.
Dahil ang piezoelectric na elemento ay karaniwang pabilog, ang ibinubuga na ultrasonic wave ay may directional beam pattern. Ang cross-section ng beam ay kadalasang katulad ng isang ellipse, kaya ang hanay ng pagtuklas ay limitado sa pamamagitan ng anggulo, dalas, laki ng transducer, acoustic power, at target na pagmuni-muni.
Para sa ilang disenyo ng ultrasonic sensor, ang horizontal detection angle ay maaaring mas malawak kaysa sa vertical detection angle. Halimbawa, ang isang sensor ay maaaring may pahalang na anggulo ng beam na humigit-kumulang 120 degrees at isang vertical na anggulo ng beam na humigit-kumulang 60 degrees, depende sa istraktura at aplikasyon. Epekto
| ng Performance Factor | sa Sensor Work |
|---|---|
| Dalas | Ang mas mababang mga frequency ay naglalakbay nang mas malayo, habang ang mas mataas na mga frequency ay maaaring magbigay ng mas mahusay na resolution sa mas maikling mga hanay. |
| Anggulo ng sinag | Ang isang makitid na sinag ay nagpapabuti sa pagtuklas ng direksyon; ang isang malawak na sinag ay sumasaklaw sa mas maraming lugar. |
| Target na ibabaw | Ang mga patag at matitigas na ibabaw ay nagpapakita ng ultratunog na mas mahusay kaysa sa malambot, anggulo, o buhaghag na mga ibabaw. |
| Temperatura | Binabago ng temperatura ang bilis ng tunog at maaaring makaapekto sa katumpakan ng distansya. |
| Kapaligiran | Maaaring makaapekto sa kalidad ng signal ang alikabok, kahalumigmigan, hangin, foam, vibration, at iba pang pinagmumulan ng ultrasonic. |
Simpleng istraktura at maginhawang pagmamanupaktura.
Non-contact na pagsukat ng distansya nang hindi hinahawakan ang target na bagay.
Hindi gaanong apektado ng target na kulay, transparency, o ambient light kaysa sa mga optical sensor.
Angkop para sa pag-detect ng mga transparent na bagay, makintab na ibabaw, antas ng likido, at maraming solidong materyales.
Hindi madaling makagambala sa pamamagitan ng ordinaryong kapaligiran electromagnetic field.
Maaaring idisenyo bilang open type, waterproof type, high-frequency type, transmitter, receiver, o integrated transceiver.
| Uri | Paglalarawan | Karaniwang Paggamit |
|---|---|---|
| Ultrasonic transmitter | Kino-convert ang mga de-koryenteng signal sa mga ultrasonic wave. | Mga module ng distansya, mga repeller device, mga sensing system. |
| Ultrasonic na receiver | Kino-convert ang mga ultrasonic echoes sa mga electrical signal. | Echo detection at signal receiving circuit. |
| Ultrasonic transceiver | Pinagsasama ang pagpapadala at pagtanggap ng mga function sa isang yunit. | Mga compact distance sensor at object detection modules. |
| Hindi tinatagusan ng tubig ultrasonic sensor | Gumagamit ng selyadong pabahay para sa mahalumigmig, panlabas, o mga kapaligirang nauugnay sa likido. | Mga sensor ng paradahan, outdoor ranging, tank level sensing. |
| High-frequency na ultrasonic sensor | Gumagamit ng mas mataas na dalas para sa mas mahusay na resolution sa mas maikling mga hanay. | Precision detection, medikal, pang-industriya na inspeksyon. |
Ginagamit ang mga ultrasonic sensor kung saan kailangan ang pagsukat na hindi nakikipag-ugnayan. Ang mga ito ay lalong kapaki-pakinabang kapag ang mga optical sensor ay maaaring maapektuhan ng kulay, liwanag, transparency, alikabok, o glare.
Mga sensor ng paradahan ng sasakyan at reversing radar.
Robot obstacle iwas at nabigasyon.
Pagsukat ng antas ng likido sa mga tangke at lalagyan.
Industrial automation at object detection.
Mga smart trash bin, awtomatikong pinto, at pagtukoy ng presensya.
Pagsukat ng daloy, pagtuklas ng pagtagas, at hindi mapanirang pagsubok sa mga espesyal na system.
Bagama't maaasahan ang mga ultrasonic sensor sa maraming aplikasyon, hindi ito angkop para sa bawat target o kapaligiran. Ang malambot, buhaghag, anggulo, napakaliit, o sumisipsip ng tunog na mga bagay ay maaaring magbalik ng mahinang dayandang. Ang foam, turbulence, malakas na paggalaw ng hangin, at mga pagbabago sa temperatura ay maaari ding makaapekto sa katumpakan ng pagsukat.
Para sa tumpak na pagsukat ng distansya ng ultrasonic, dapat piliin ng mga inhinyero ang tamang frequency, anggulo ng beam, uri ng sensor, posisyon ng pag-install, at paraan ng kompensasyon. Sa malupit na kapaligiran, kadalasang mas gusto ang hindi tinatagusan ng tubig o selyadong mga ultrasonic sensor.
Gumagana ang mga ultrasonic na sensor sa pamamagitan ng pagpapadala ng mga high-frequency na sound wave at pagtanggap ng mga sinasalamin na dayandang. Kinakalkula ang distansya mula sa oras ng echo at ang bilis ng tunog gamit ang prinsipyo ng time-of-flight.
Dahil ang mga ultrasonic sensor ay non-contact, insensitive sa kulay at liwanag, at angkop para sa maraming solid at liquid na target, malawakang ginagamit ang mga ito sa pagsukat ng distansya, object detection, liquid level sensing, automotive system, at industrial automation.
Sinusukat ng mga ultrasonic sensor ang distansya sa pamamagitan ng paglabas ng pulso ng tunog, pagtanggap ng nasasalamin na echo, at pagkalkula ng distansya mula sa oras ng echo. Ang pangunahing formula ay distansya = bilis ng tunog × oras / 2.
Ang isang ultrasonic transmitter ay nagko-convert ng elektrikal na enerhiya sa mga ultrasonic sound wave. Ang isang ultrasonic receiver ay nagko-convert ng reflected ultrasonic waves sa mga electrical signal. Ang ilang mga ultrasonic transducer ay maaaring magsagawa ng parehong mga function sa isang bahagi.
Ang 40kHz ultrasonic sensor ay karaniwan dahil nag-aalok ang mga ito ng praktikal na balanse sa pagitan ng range, sensitivity, laki ng bahagi, paggamit ng kuryente, at gastos. Malawakang ginagamit ang mga ito sa ranging module, object detection, at parking sensor system.
Oo. Dahil ang mga ultrasonic sensor ay gumagamit ng mga sound wave sa halip na liwanag, maaari nilang makita ang maraming mga transparent na bagay na mahirap para sa mga optical sensor. Ang aktwal na resulta ay depende sa hugis ng bagay, anggulo, laki, at acoustic reflection.
Maaaring maapektuhan ang katumpakan ng temperatura, halumigmig, hangin, target na anggulo, target na materyal, pagkamagaspang sa ibabaw, pagkakahanay ng sensor, anggulo ng beam, ingay sa kapaligiran, at echo interference mula sa mga kalapit na bagay.
Ang mga ultrasonic sensor ay karaniwang hindi apektado ng nakikitang liwanag o kulay ng bagay dahil gumagamit sila ng mga sound wave. Ginagawa nitong kapaki-pakinabang ang mga ito para sa madilim na kapaligiran, transparent na mga target, makintab na ibabaw, at mga application kung saan maaaring hindi mapagkakatiwalaan ang mga optical sensor.
Ang mga ultrasonic na sensor ng distansya ay ginagamit sa pag-reverse ng kotse, pag-iwas sa obstacle ng robot, pagsukat ng antas ng likido, automation ng industriya, mga smart trash bin, mga awtomatikong pinto, sistema ng paradahan, at kagamitan sa pag-detect na hindi nakikipag-ugnayan.
