Pregleda: 585 Autor: Urednik stranice Vrijeme objave: 2020-05-21 Izvor: stranica
Ultrazvučni senzori su beskontaktni senzori koji koriste visokofrekventne zvučne valove za otkrivanje objekata, mjerenje udaljenosti, praćenje razine tekućine i prepoznavanje položaja materijala. Naširoko se koriste u proizvodnji, elektroenergetskim sustavima, metalurgiji, građevinskim materijalima, kemikalijama, preradi hrane, automobilima, skladištenju, brodovima, tekstilu, transportu, robotici, praćenju razine tekućina, otkrivanju protoka otvorenog kanala i industrijskoj automatizaciji.
Glavne prednosti ultrazvučnih senzora su visoka točnost mjerenja, stabilan rad, beskontaktna detekcija, jaka usmjerenost i mogućnost rada s mnogim tekućim i čvrstim materijalima. Međutim, ultrazvučni senzori također imaju ograničenja, poput fiksnog frekvencijskog raspona, relativno visokog pogonskog napona, slijepih zona, ograničenog dometa i osjetljivosti na temperaturu, meke materijale, protok zraka i uvjete instalacije.
Ultrazvučni senzor radi odašiljanjem ultrazvučnih valova i primanjem reflektirane jeke. Senzor šalje visokofrekventni zvučni impuls prema meti. Kada zvučni val dosegne površinu objekta, dio vala se reflektira natrag do prijemnika. Senzor zatim izračunava udaljenost ili položaj na temelju vremena između prijenosa i prijema.
Ultrazvučna sonda obično se temelji na piezoelektričnim keramičkim elementima. Ovi piezoelektrični elementi mogu pretvoriti električnu energiju u mehaničku vibraciju za prijenos ultrazvučnih valova, a također mogu pretvoriti primljenu vibraciju natrag u električne signale.
Kada primijenjeni pulsni signal odgovara prirodnoj rezonantnoj frekvenciji piezoelektričnog elementa, element snažno vibrira i generira ultrazvučne valove. Kada se reflektirani valovi vrate u sondu, piezoelektrični element prima vibraciju i pretvara je u električni signal za analizu.
| Prednost | Zašto je to važno |
|---|---|
| Mjerenje bez kontakta | Senzor može otkriti objekte bez dodirivanja, što je korisno za lomljive, pokretne, vruće ili korozivne materijale. |
| Radi s mnogim materijalima | Ultrazvučni senzori mogu mjeriti mnoge tekućine i krute tvari, uključujući neprozirne materijale koji su teški za optičke senzore. |
| Ne utječe na boju ili prozirnost | Budući da se otkrivanje temelji na refleksiji zvuka, ciljna boja i prozirnost obično imaju mali učinak na mjerenje. |
| Dobra usmjerenost | Ultrazvučni valovi imaju kratke valne duljine i jaku usmjerenost, što ih čini prikladnima za mjerenje udaljenosti i razine. |
| Može raditi u mračnim okruženjima | Za razliku od optičkih senzora, ultrazvučni senzori ne ovise o vidljivom svjetlu. |
| Korisno u prašini, dimu ili magli | Mnogi ultrazvučni senzori mogu raditi bolje od optičkih senzora u prašnjavim, zadimljenim ili slabo osvijetljenim okruženjima. |
| nedostataka | na primjenu |
|---|---|
| Fiksni frekvencijski raspon | Senzor od 40 kHz obično radi samo blizu svog dizajniranog frekvencijskog raspona, kao što je oko 38-42 kHz. |
| Viši pogonski napon | Neki ultrazvučni pretvarači zahtijevaju visoki napon od vrha do vrha, tako da niskonaponski krugovi mogu trebati krug za pojačanje ili transformator. |
| Utjecaj temperature | Brzina zvuka mijenja se s temperaturom zraka, što može utjecati na točnost mjerenja udaljenosti. |
| Meki materijali apsorbiraju zvuk | Pjena, tkanina i druge meke površine mogu apsorbirati ultrazvučne valove i smanjiti snagu odjeka. |
| Slijepa zona | Objekti preblizu senzoru mogu biti unutar minimalne udaljenosti detekcije i ne mogu se točno izmjeriti. |
| Ograničen raspon | Ultrazvučni valovi slabe s udaljenošću, pa je domet senzora ograničen frekvencijom, snagom, ciljnom površinom i okolinom. |
Ultrazvučni valovi imaju visoku frekvenciju, kratku valnu duljinu, malu difrakciju, jaku usmjerenost i dobru penetraciju u mnoge tekućine i čvrste tvari. Kada ultrazvučni valovi naiđu na nečistoću, granicu ili sučelje materijala, proizvode reflektirane odjeke koji se mogu detektirati i analizirati.
Ultrazvučni senzori također mogu podržati Dopplerovu detekciju pokretnih objekata. Zbog toga je ultrazvučna tehnologija korisna u mjerenju udaljenosti, mjerenju razine tekućine, otkrivanju objekata, praćenju protoka, otkrivanju nedostataka, robotici, pomoći pri parkiranju, industrijskoj automatizaciji i medicinskoj opremi.
Ultrazvučne sonde male snage često se koriste za detekciju i mjerenje. Ovisno o vrsti i strukturi vala, ultrazvučne sonde mogu uključivati ravne sonde za longitudinalne valove, kose sonde za transverzalne valove, sonde za površinske valove, sonde za Lambove valove i dvostruke sonde gdje jedan element odašilje, a drugi prima.
Za industrijske i potrošačke primjene uobičajeni proizvodi uključuju ultrazvučne senzore otvorenog tipa, vodootporne ultrazvučne senzore, ultrazvučne senzore visoke frekvencije, senzore za parkiranje i senzore razine. Ispravan izbor ovisi o rasponu, frekvenciji, kućištu, ocjeni vodootpornosti, ciljnom materijalu i okruženju instalacije.
Točnost ultrazvučnog senzora ovisi o frekvenciji, osjetljivosti, pogonskom naponu, ciljanoj površini, temperaturi zraka, vlažnosti, protoku zraka, kutu postavljanja i obradi signala odjeka. Senzor s temperaturnom kompenzacijom može smanjiti pogrešku uzrokovanu promjenama brzine zvuka.
Osjetljivost uglavnom ovisi o piezoelektričnom elementu. Veći koeficijent elektromehaničke sprege obično znači veću osjetljivost. Veća osjetljivost pomaže senzoru da primi slabije odjeke, ali konačna izvedba i dalje ovisi o cijelom dizajnu kruga i okruženju primjene.
Ultrazvučni senzori koriste se u industrijskim mjerenjima, poljoprivredi, lakoj industriji, medicinskoj opremi, parkirnim sustavima, robotici, sigurnosnim sustavima, nadzoru razine, detekciji objekata i ispitivanju bez razaranja. Oni mogu detektirati zvukove i odjeke koje ljudske uši ne mogu čuti, zatim pretvoriti informacije u korisne podatke o udaljenosti, položaju ili materijalu.
U praktičnim primjenama, ultrazvučno određivanje raspona može se koristiti za izbjegavanje prepreka, mjerenje razine spremnika, otkrivanje protoka u otvorenom kanalu, pomoć pri kretanju vozila unatrag, navigaciju robota, pozicioniranje materijala i otkrivanje nedostataka u metalnim ili čvrstim strukturama.
Prilikom odabira ultrazvučnog senzora, najprije potvrdite udaljenost detekcije, slijepu zonu, ciljni materijal, potrebnu točnost, radnu frekvenciju, pogonski napon, kut snopa, vrijeme odziva, vodootporne zahtjeve i raspon radne temperature.
Za vanjska ili vlažna okruženja obično se preferira vodootporni ultrazvučni senzor. Za preciznu detekciju kratkog dometa, senzor više frekvencije može pružiti bolju rezoluciju. Za detekciju velikog dometa, niža frekvencija i jača snaga odašiljanja mogu biti prikladnija.
Prije masovne proizvodnje, testirajte senzor u stvarnom položaju ugradnje i okruženju. Kut ugradnje, otvor kućišta, oblik mete, obližnje prepreke, varijacije temperature i električni šum mogu utjecati na stvarnu izvedbu.
Ultrazvučni senzori nude točna, stabilna i beskontaktna mjerenja za mnoge tekuće i čvrste materijale. Osobito su korisni kada na optičku detekciju utječu boja, prozirnost, tama, prašina, dim ili refleksija površine.
U isto vrijeme, ultrazvučni senzori nisu prikladni za svaku situaciju. Inženjeri bi trebali razmotriti frekvenciju, napon, osjetljivost, temperaturnu kompenzaciju, slijepu zonu, raspon, ciljni materijal i uvjete instalacije prije odabira senzora.
Ultrazvučni senzor mjeri udaljenost slanjem visokofrekventnog zvučnog pulsa i primanjem reflektirane jeke. Udaljenost se računa iz vremena potrebnog zvučnom valu da putuje do cilja i vrati se.
Ultrazvučni senzori mogu biti vrlo precizni u odgovarajućim uvjetima, posebno za beskontaktno mjerenje udaljenosti i razine. Točnost ovisi o temperaturi, vlažnosti, ciljnoj površini, frekvenciji senzora, kutu postavljanja i obradi signala.
Temperatura mijenja brzinu zvuka u zraku. Kada se temperatura promijeni, izmjerena udaljenost može se pomaknuti osim ako senzor ne koristi temperaturnu kompenzaciju ili sustav ne ispravi očitanje.
Odaberite ultrazvučni senzor otvorenog tipa za čisto unutarnje okruženje i kompaktnu opremu. Odaberite vodootporni ultrazvučni senzor za vanjska, vlažna, prašnjava okruženja ili okruženja sklona prskanju.
Koristite ispravnu frekvenciju, držite senzor poravnat s ciljem, izbjegavajte obližnje prepreke, osigurajte stabilan pogonski napon, koristite temperaturnu kompenzaciju i testirajte senzor u konačnom okruženju instalacije.
