Pregleda: 352 Autor: Urednik stranice Vrijeme objave: 2020-05-22 Izvor: stranica
U svakodnevnoj proizvodnji i životu, ultrazvučni senzori za domet naširoko se koriste za radar za vožnju unatrag, robotsko izbjegavanje prepreka, građevinska mjerenja, otkrivanje razine tekućine, mjerenje dubine bunara, mjerenje duljine cjevovoda i druge aplikacije za beskontaktno mjerenje udaljenosti.
Osnovna metoda određivanja dometa ultrazvučnog senzora je mjerenje vremena leta. Senzor emitira ultrazvučni puls, prima jeku reflektiranu od cilja, mjeri vrijeme povratnog putovanja i izračunava udaljenost iz brzine zvuka.
Uobičajeni ultrazvučni sustavi za mjerenje udaljenosti obično se temelje na mikroračunalu s jednim čipom, ugrađenom kontroleru ili CPLD-u. Bez obzira koja se upravljačka platforma koristi, osnovni dizajn prvo mora razumjeti raspon ultrazvučnog odjeka, brzinu zvuka, temperaturnu kompenzaciju, slijepu zonu i uvjete refleksije cilja.
Ultrazvučni senzor pretvara električne signale u ultrazvučne valove i pretvara primljene ultrazvučne odjeke natrag u električne signale. Ultrazvučni valovi su mehanički valovi s frekvencijama iznad 20kHz. Imaju jaku usmjerenost, spor gubitak energije i relativno veliku udaljenost širenja u zraku, tekućini ili krutom mediju.
Kada ultrazvučni val dosegne prepreku, sučelje, tekuću površinu ili čvrstu metu, dio vala se reflektira natrag kao jeka. Prijemni element detektira ovaj odjek, a upravljački krug izračunava udaljenost iz izmjerenog vremena putovanja.
Budući da je ultrazvučno mjerenje udaljenosti beskontaktno, jeftino i prilagodljivo mnogim materijalima, pruža korisnu ravnotežu između odziva u stvarnom vremenu, točnosti, pouzdanosti i cijene.
Najčešća ultrazvučna metoda određivanja dometa je metoda povratne detekcije vremena, koja se naziva i mjerenje vremena leta ili ToF. Senzor šalje ultrazvučni impuls u jednom smjeru i počinje mjeriti vrijeme. Kada se jeka vrati, sustav prestaje mjeriti vrijeme i izračunava udaljenost u jednom smjeru.
Ako s je udaljenost između senzora i izmjerene mete, t je izmjereno vrijeme povratnog putovanja, a v je brzina širenja zvuka, formula za udaljenost je:
s = v × t / 2
Dijeljenje s 2 je neophodno jer ultrazvučni impuls putuje od senzora do mete i zatim se vraća od mete do senzora. Izmjereno vrijeme je ukupno vrijeme povratnog putovanja, a ne vrijeme putovanja u jednom smjeru.
Za ultrazvučno mjerenje udaljenosti visoke točnosti, temperaturna kompenzacija je važna jer se brzina zvuka u zraku mijenja s temperaturom. Topli zrak povećava brzinu zvuka, dok je hladan smanjuje.
Često korištena formula temperaturne kompenzacije je:
v = 331,4 + 0,607T
U ovoj formuli, T je temperatura okoline u °C, a v je brzina zvuka u m/s. Dodavanje temperaturne kompenzacije može smanjiti pogrešku mjerenja, posebno u vanjskim, industrijskim okruženjima ili okruženjima s promjenjivom temperaturom.
| Metoda | Kako funkcionira | Najbolje koristiti |
|---|---|---|
| Metoda vremena leta | Mjeri vrijeme između ultrazvučnog prijenosa i prijema eha. | Mjerenje udaljenosti, otkrivanje prepreka, mjerenje razine tekućine. |
| Metoda detekcije faze | Izračunava udaljenost iz fazne razlike između emitiranih i primljenih valova. | Mjerni sustavi kratkog dometa i veće rezolucije. |
| Metoda amplitude odjeka | Analizira snagu reflektiranog ultrazvučnog signala. | Detekcija cilja, analiza refleksije materijala, procjena kvalitete signala. |
| Faktor | Utjecaj na mjerenje | Optimizacija Savjet |
|---|---|---|
| Temperatura | Mijenja brzinu zvuka i uzrokuje pogrešku udaljenosti. | Koristite temperaturnu kompenzaciju u algoritmu upravljanja. |
| Slijepa zona | Vrlo bliski ciljevi možda neće biti pravilno otkriveni zbog zvona sonde. | Odaberite ultrazvučni senzor malog slijepog područja za mjerenje kratkog dometa. |
| Ciljni kut | Nagnute površine mogu odbiti jeku od prijemnika. | Držite senzor što je moguće okomitije na ciljnu površinu. |
| Ciljni materijal | Meki, porozni materijali ili materijali koji apsorbiraju zvuk smanjuju jačinu odjeka. | Testirajte stvarni ciljni materijal tijekom validacije proizvoda. |
| Buka okoliša | Drugi ultrazvučni izvori ili vibracije mogu uzrokovati lažna očitanja. | Koristite filtriranje, zaštitu i odgovarajuću logiku uzorkovanja. |
| Voda, prašina i korozija | Oštri uvjeti mogu smanjiti vijek trajanja senzora i kvalitetu signala. | Po potrebi koristite vodootporne ultrazvučne senzore otporne na koroziju. |
Uobičajena struktura za ultrazvučno mjerenje udaljenosti koristi jednu glavu za prijenos i jednu glavu za prijem. Odašiljač emitira ultrazvučne valove, a prijemnik detektira reflektirani eho. Ova struktura je jednostavna i prikladna za mnoge opće primjene mjerenja udaljenosti.
Neki sustavi koriste više odašiljačkih glava s jednom prijemnom glavom ili više senzorskih modula raspoređenih u niz. Ovaj dizajn može poboljšati pokrivenost detekcijom, smanjiti mrtve točke i podržati složenije scenarije mjerenja kao što je robotska navigacija ili otkrivanje razine tekućine u više točaka.
Radar za vožnju unatrag i sustavi za pomoć pri parkiranju.
Robot izbjegavanje prepreka i automatska navigacija.
Mjerenje razine tekućina u spremnicima, spremnicima i industrijskoj opremi.
Dubina bunara, duljina cjevovoda i mjerenje gradilišta.
Detekcija objekata u opremi za automatizaciju i proizvodnim linijama.
Vodootporan senzor udaljenosti u vanjskim ili vlažnim okruženjima.
Ultrazvučni senzori za domet popularni su jer podržavaju beskontaktno mjerenje, imaju jednostavan princip rada i mogu otkriti mnoge čvrste i tekuće mete bez obzira na boju ili prozirnost. Također su isplativi u usporedbi s nekim optičkim ili laserskim mjernim rješenjima.
Uz ultrazvučni senzor malog kuta i male slijepe zone, sustav može postići točnije mjerenje u malim prostorima. Dizajn vodootporan i otporan na koroziju također čini ultrazvučne senzore korisnima u primjeni razine tekućine, vanjskim i industrijskim primjenama.
Načelo ultrazvučnog mjerenja udaljenosti je slanje ultrazvučnih valova prema meti, primanje reflektirane jeke, mjerenje vremena povratnog putovanja i izračunavanje udaljenosti pomoću brzine zvuka. Osnovna formula je s = v × t / 2.
Za točnije ultrazvučno određivanje raspona, dizajneri bi trebali razmotriti temperaturnu kompenzaciju, slijepu zonu, ciljni kut, refleksiju materijala, buku iz okoliša i instalaciju senzora. Ispravan odabir senzora i obrada signala mogu poboljšati stabilnost mjerenja u stvarnim primjenama.
Metoda određivanja dometa ultrazvučnog senzora mjeri udaljenost slanjem ultrazvučnog pulsa, primanjem reflektirane jeke i izračunavanjem udaljenosti iz vremena putovanja zvuka. Ovo se također naziva ultrazvučno mjerenje vremena leta ili odjek.
Osnovna formula ultrazvučne udaljenosti je s = v × t / 2 . U ovoj formuli, s je udaljenost, v je brzina zvuka, a t je izmjereno vrijeme povratnog putovanja ultrazvučnog pulsa.
Senzor mjeri ukupno vrijeme potrebno ultrazvučnom valu za putovanje do objekta i povratak. Budući da je ovo kružno putovanje, rezultat se mora podijeliti s 2 da bi se dobila jednosmjerna udaljenost između senzora i mete.
Temperatura mijenja brzinu zvuka u zraku. Ako se temperatura promijeni, ali sustav i dalje koristi fiksnu brzinu zvuka, izračunata udaljenost će imati pogrešku. Temperaturna kompenzacija pomaže u poboljšanju točnosti ultrazvučnog dometa.
Slijepa zona je minimalna udaljenost na kojoj senzor ne može pouzdano mjeriti. Obično je uzrokovano zvonjenjem sonde nakon prijenosa. Za detekciju kratkog dometa odaberite ultrazvučni senzor s malim slijepim područjem.
Meke, porozne, površine koje apsorbiraju zvuk, vrlo tanke ili površine pod oštrim kutom mogu smanjiti snagu jeke. Pjena, tkanina i predmeti pod kutom mogu uzrokovati slaba ili nestabilna ultrazvučna očitanja udaljenosti.
Ultrazvučni senzori za domet obično se koriste u senzorima za parkiranje, robotima za izbjegavanje prepreka, mjerenju razine tekućina, industrijskoj automatizaciji, građevinskim mjerenjima, detekciji cjevovoda i sustavima za beskontaktno mjerenje udaljenosti.
