Vues : 352 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2020-05-22 Origine : Site
Dans la production et la vie quotidienne, Les capteurs de télémétrie à ultrasons sont largement utilisés pour le radar de recul des voitures, l'évitement d'obstacles par les robots, la mesure de la construction, la détection du niveau de liquide, la mesure de la profondeur des puits, la mesure de la longueur des pipelines et d'autres applications de mesure de distance sans contact.
La méthode principale de télémétrie des capteurs à ultrasons est la mesure du temps de vol. Le capteur émet une impulsion ultrasonique, reçoit l'écho réfléchi par une cible, mesure le temps aller-retour et calcule la distance à partir de la vitesse du son.
Les systèmes de télémétrie par ultrasons courants sont généralement basés sur un micro-ordinateur monopuce, un contrôleur intégré ou CPLD. Quelle que soit la plate-forme de contrôle utilisée, la conception de base doit d'abord comprendre la portée de l'écho ultrasonique, la vitesse du son, la compensation de température, la zone aveugle et les conditions de réflexion de la cible.
Un capteur à ultrasons convertit les signaux électriques en ondes ultrasonores et reconvertit les échos ultrasoniques reçus en signaux électriques. Les ondes ultrasoniques sont des ondes mécaniques dont les fréquences sont supérieures à 20 kHz. Ils ont une forte directionnalité, une perte d’énergie lente et une distance de propagation relativement longue dans l’air, un liquide ou un milieu solide.
Lorsqu'une onde ultrasonore atteint un obstacle, une interface, une surface liquide ou une cible solide, une partie de l'onde est réfléchie sous forme d'écho. L'élément récepteur détecte cet écho, et le circuit de contrôle calcule la distance à partir du temps de trajet mesuré.
La mesure de distance par ultrasons étant sans contact, peu coûteuse et adaptable à de nombreux matériaux, elle offre un équilibre utile entre réponse en temps réel, précision, fiabilité et prix.
La méthode de télémétrie par ultrasons la plus courante est la méthode de détection du temps aller-retour, également appelée mesure du temps de vol ou ToF. Le capteur envoie une impulsion ultrasonique dans une direction et démarre la synchronisation. Lorsque l'écho revient, le système arrête le chronométrage et calcule la distance aller simple.
Si s est la distance entre le capteur et la cible mesurée, t est le temps aller-retour mesuré et v est la vitesse de propagation du son, la formule de distance est :
s = v × t / 2
La division par 2 est nécessaire car l'impulsion ultrasonore se déplace du capteur vers la cible puis revient de la cible vers le capteur. Le temps mesuré est le temps total aller-retour et non le temps de trajet aller simple.
Pour une mesure de distance par ultrasons de haute précision, la compensation de température est importante car la vitesse du son dans l'air change avec la température. L'air chaud augmente la vitesse du son, tandis que l'air froid la diminue.
Une formule de compensation de température couramment utilisée est :
v = 331,4 + 0,607T
Dans cette formule, T est la température ambiante en °C et v est la vitesse du son en m/s. L'ajout d'une compensation de température peut réduire les erreurs de mesure, en particulier dans les environnements extérieurs, industriels ou à température variable.
| Méthode | Comment ça marche | Meilleure utilisation |
|---|---|---|
| Méthode du temps de vol | Mesure le temps entre la transmission des ultrasons et la réception de l'écho. | Mesure de distance, détection d'obstacles, mesure de niveau de liquide. |
| Méthode de détection de phase | Calcule la distance à partir de la différence de phase entre les ondes émises et reçues. | Systèmes de mesure à courte portée et à plus haute résolution. |
| Méthode d'amplitude d'écho | Analyse la force du signal ultrasonore réfléchi. | Détection de cible, analyse de réflexion de matériau, jugement de la qualité du signal. |
| du facteur de précision du capteur à ultrasons | sur | l'optimisation des mesures |
|---|---|---|
| Température | Modifie la vitesse du son et provoque une erreur de distance. | Utilisez la compensation de température dans l'algorithme de contrôle. |
| Zone aveugle | Les cibles très proches peuvent ne pas être détectées correctement en raison de la sonnerie du transducteur. | Choisissez un capteur à ultrasons à petite zone aveugle pour les mesures à courte portée. |
| Angle cible | Les surfaces inclinées peuvent réfléchir l'écho loin du récepteur. | Gardez le capteur aussi perpendiculaire que possible à la surface cible. |
| Matériau cible | Les matériaux mous, poreux ou insonorisants réduisent la force de l'écho. | Testez le matériau cible réel lors de la validation du produit. |
| Bruit ambiant | D'autres sources ultrasoniques ou vibrations peuvent provoquer de fausses lectures. | Utilisez un filtrage, un blindage et une logique d’échantillonnage appropriée. |
| Eau, poussière et corrosion | Les environnements difficiles peuvent réduire la durée de vie du capteur et la qualité du signal. | Utilisez des capteurs à ultrasons étanches et résistants à la corrosion si nécessaire. |
Une structure de télémétrie ultrasonique courante utilise une tête de transmission et une tête de réception. L'émetteur émet des ondes ultrasonores et le récepteur détecte l'écho réfléchi. Cette structure est simple et adaptée à de nombreuses applications générales de mesure de distance.
Certains systèmes utilisent plusieurs têtes de transmission avec une tête de réception, ou plusieurs modules de capteurs disposés en réseau. Cette conception peut améliorer la couverture de détection, réduire les angles morts et prendre en charge des scénarios de mesure plus complexes tels que la navigation robotisée ou la détection multipoint du niveau de liquide.
Radar de recul pour voitures et systèmes d'aide au stationnement.
Évitement d'obstacles du robot et navigation automatique.
Mesure du niveau de liquide dans les réservoirs, conteneurs et équipements industriels.
Profondeur du puits, longueur du pipeline et mesure du chantier de construction.
Détection d'objets dans les équipements d'automatisation et les lignes de production.
Détection de distance étanche en extérieur ou dans des environnements humides.
Les capteurs de télémétrie à ultrasons sont populaires car ils prennent en charge les mesures sans contact, ont un principe de fonctionnement simple et peuvent détecter de nombreuses cibles solides et liquides, quelle que soit leur couleur ou leur transparence. Ils sont également rentables par rapport à certaines solutions de mesure optique ou laser.
Grâce à un capteur ultrasonique à petit angle et à petite zone aveugle, le système peut obtenir des mesures plus précises dans des espaces compacts. Les conceptions étanches et résistantes à la corrosion rendent également les capteurs à ultrasons utiles dans les applications de niveau de liquide, extérieures et industrielles.
Le principe de la mesure de distance par ultrasons est d'envoyer des ondes ultrasonores vers une cible, de recevoir l'écho réfléchi, de mesurer le temps aller-retour et de calculer la distance en utilisant la vitesse du son. La formule de base est s = v × t / 2.
Pour une télémétrie ultrasonique plus précise, les concepteurs doivent prendre en compte la compensation de température, la zone aveugle, l'angle cible, la réflexion du matériau, le bruit ambiant et l'installation du capteur. Une sélection correcte du capteur et un traitement du signal peuvent améliorer la stabilité des mesures dans les applications réelles.
La méthode de télémétrie par capteur à ultrasons mesure la distance en envoyant une impulsion ultrasonique, en recevant l'écho réfléchi et en calculant la distance à partir du temps de trajet du son. C'est ce qu'on appelle également le temps de vol ultrasonique ou la télémétrie par écho.
La formule de base de la distance ultrasonore est s = v × t / 2 . Dans cette formule, s est la distance, v est la vitesse du son et t est le temps aller-retour mesuré de l'impulsion ultrasonique.
Le capteur mesure le temps total nécessaire à l'onde ultrasonore pour se déplacer vers l'objet et revenir. Puisqu’il s’agit d’un aller-retour, le résultat doit être divisé par 2 pour obtenir la distance aller simple entre le capteur et la cible.
La température modifie la vitesse du son dans l'air. Si la température change mais que le système utilise toujours une vitesse sonore fixe, la distance calculée comportera une erreur. La compensation de température contribue à améliorer la précision de la portée ultrasonique.
La zone aveugle est la distance minimale sur laquelle le capteur ne peut pas mesurer de manière fiable. Cela est généralement dû à la sonnerie du transducteur après la transmission. Pour une détection à courte portée, choisissez un capteur à ultrasons avec une petite zone aveugle.
Les surfaces molles, poreuses, insonorisantes, très fines ou fortement inclinées peuvent réduire la force de l’écho. La mousse, le tissu et les objets inclinés peuvent provoquer des lectures de distance ultrasonique faibles ou instables.
Les capteurs de distance à ultrasons sont couramment utilisés dans les capteurs de stationnement, l'évitement d'obstacles par les robots, la mesure du niveau de liquide, l'automatisation industrielle, la mesure de la construction, la détection de pipelines et les systèmes de mesure de distance sans contact.
