Pregleda: 110 Autor: Grace Vrijeme objave: 25. lipnja 2021. Podrijetlo: stranica
Ultrazvučni senzori su uređaji koji koriste visokofrekventne zvučne valove za otkrivanje objekata, mjerenje udaljenosti ili praćenje kretanja. Oni pretvaraju električne signale u ultrazvučne valove, a zatim pretvaraju reflektirane odjeke natrag u električne signale za mjerenje i kontrolu.
Ultrazvučni val je mehanički zvučni val s frekvencijom većom od 20 kHz. Budući da ultrazvučni valovi imaju kratku valnu duljinu, dobru usmjerenost i relativno stabilno širenje u zraku, naširoko se koriste u mjerenju udaljenosti, otkrivanju objekata, senzorima razine tekućine, senzorima za parkiranje, robotici i industrijskoj automatizaciji.
Tipični ultrazvučni senzor udaljenosti koristi odašiljač za emitiranje zvučnih valova i prijemnik za hvatanje reflektiranog vala. Mjerenjem vremena između prijenosa i prijema jeke, senzor može izračunati udaljenost od senzora do ciljnog objekta.
Ultrazvučni senzor je beskontaktni senzor koji koristi ultrazvuk za otkrivanje prisutnosti, udaljenosti, položaja ili kretanja objekta. Može raditi kao ultrazvučni senzor udaljenosti, senzor za otkrivanje objekata, senzor razine tekućine ili senzor blizine, ovisno o dizajnu kruga i primjeni.
U mnogim ultrazvučnim senzorima od 40 kHz, keramički pretvornik koristi se za generiranje i primanje ultrazvučnih valova. Odašiljač šalje ultrazvučni impuls, a prijemnik detektira jeku koju reflektira cilj. Senzorski krug zatim obrađuje signal jeke i šalje podatke o udaljenosti ili detekciji.
Par ultrazvučnih senzora može se napraviti od zasebnog odašiljača i prijemnika ili se obje funkcije mogu ugraditi u jednu primopredajnu jedinicu. Slika ispod prikazuje Manorshi 40kHz ultrazvučni odašiljač i komponente prijemnika. Više ultrazvučnih senzorskih proizvoda dostupno je na Manorshi ultrazvučni senzor.
Princip rada ultrazvučnog senzora temelji se na prijenosu zvučnih valova, refleksiji i detekciji odjeka. Senzor emitira ultrazvučni puls prema meti. Kada zvučni val dosegne površinu objekta, dio vala se reflektira natrag do prijemnika.
Senzor mjeri vrijeme putovanja jeke, koje se naziva i vrijeme leta. Budući da je brzina zvuka u zraku poznata, udaljenost se može izračunati iz vremena povratnog puta ultrazvučnog vala.
Udaljenost = brzina zvuka × vrijeme odjeka / 2
Rezultat se dijeli s 2 jer zvučni val putuje od senzora do objekta i zatim se vraća od objekta do senzora. Izmjereno vrijeme odjeka je vrijeme povratnog putovanja, a ne jednosmjerno vrijeme.
| Korak | Što se događa |
|---|---|
| 1. Ulaz električnog signala | Krug primjenjuje električni signal na ultrazvučni odašiljač. |
| 2. Emisija ultrazvučnih valova | Piezoelektrični pretvarač vibrira i emitira ultrazvučne valove. |
| 3. Refleksija odjeka | Val se odbija kada se susretne s objektom, površinom tekućine ili sučeljem. |
| 4. Prijem odjeka | Prijemnik detektira reflektirani ultrazvučni val. |
| 5. Izračun signala | Upravljački krug izračunava udaljenost iz vremena leta. |
An ultrazvučni odašiljač obično koristi piezoelektrični keramički kristal pričvršćen na metalnu vibracijsku ploču ili rezonator. Kada se na piezokeramički element primijeni izmjenični električni napon, on se brzo širi i skuplja.
Ova mehanička vibracija stvara ultrazvučne valove. Rezonator i kućište pomažu u usmjeravanju akustične energije prema naprijed, tako da emitirani zvučni val putuje kao usmjerena zraka umjesto da se jednako širi u svim smjerovima.
Ultrazvučni prijemnik radi na suprotan način. Kada reflektirani ultrazvučni val dođe do prijemnika, vibracijska ploča se pomiče. Ta se vibracija prenosi na piezoelektrični keramički disk.
Zbog piezoelektričnog učinka, keramički element generira električni signal kada je mehanički opterećen. Krug senzora pojačava i obrađuje ovaj slabi signal kako bi utvrdio je li se jeka vratila i koliko je vremena trebalo da stigne.
Ukratko, ultrazvučni senzori mogu i odašiljati i primati ultrazvučne valove. Prilikom odašiljanja pretvaraju električnu energiju u ultrazvučnu vibraciju. Prilikom primanja odjeka pretvaraju ultrazvučne vibracije u električne signale. Zbog toga se nazivaju i ultrazvučni pretvarači.
Budući da je piezoelektrični element obično kružnog oblika, emitirani ultrazvučni val ima usmjereni uzorak snopa. Poprečni presjek zrake često je sličan elipsi, tako da je raspon detekcije ograničen kutom, frekvencijom, veličinom sonde, akustičkom snagom i refleksijom cilja.
Za neke dizajne ultrazvučnih senzora vodoravni kut detekcije može biti širi od okomitog kuta detekcije. Na primjer, senzor može imati horizontalni kut snopa od oko 120 stupnjeva i okomiti kut snopa od oko 60 stupnjeva, ovisno o strukturi i primjeni. Učinak
| faktora izvedbe | na rad senzora |
|---|---|
| Frekvencija | Niže frekvencije putuju dalje, dok više frekvencije mogu pružiti bolju rezoluciju na manjim udaljenostima. |
| Kut snopa | Uski snop poboljšava usmjerenu detekciju; široki snop pokriva veće područje. |
| Ciljana površina | Ravne, tvrde površine reflektiraju ultrazvuk bolje od mekih, ukošenih ili poroznih površina. |
| Temperatura | Temperatura mijenja brzinu zvuka i može utjecati na točnost udaljenosti. |
| okoliš | Prašina, vlaga, vjetar, pjena, vibracije i drugi ultrazvučni izvori mogu utjecati na kvalitetu signala. |
Jednostavna struktura i praktična izrada.
Beskontaktno mjerenje udaljenosti bez dodirivanja ciljnog objekta.
Na njega manje utječe ciljna boja, prozirnost ili ambijentalno svjetlo od optičkih senzora.
Prikladno za otkrivanje prozirnih objekata, sjajnih površina, razina tekućina i mnogih čvrstih materijala.
Ne može se lako ometati uobičajenim elektromagnetskim poljima okoline.
Može biti dizajniran kao otvoreni, vodootporan, visokofrekventni, odašiljač, prijamnik ili integrirani primopredajnik.
| Vrsta | Opis | Tipična upotreba |
|---|---|---|
| Ultrazvučni odašiljač | Pretvara električne signale u ultrazvučne valove. | Moduli udaljenosti, repeller uređaji, senzorski sustavi. |
| Ultrazvučni prijemnik | Pretvara ultrazvučne odjeke u električne signale. | Sklopovi za detekciju odjeka i prijem signala. |
| Ultrazvučni primopredajnik | Kombinira funkcije odašiljanja i primanja u jednoj jedinici. | Kompaktni senzori udaljenosti i moduli za detekciju objekata. |
| Vodootporan ultrazvučni senzor | Koristi zatvoreno kućište za vlažna, vanjska okruženja ili okruženja povezana s tekućinom. | Parking senzori, vanjsko mjerenje dometa, senzor razine rezervoara. |
| Visokofrekventni ultrazvučni senzor | Koristi višu frekvenciju za bolju rezoluciju na manjim udaljenostima. | Precizna detekcija, medicinska, industrijska inspekcija. |
Ultrazvučni senzori koriste se svugdje gdje je potrebno beskontaktno mjerenje. Posebno su korisni kada na optičke senzore mogu utjecati boja, svjetlost, prozirnost, prašina ili odsjaj.
Parkirni senzori i radar za vožnju unatrag.
Robot izbjegavanje prepreka i navigacija.
Mjerenje razine tekućina u spremnicima i spremnicima.
Industrijska automatizacija i detekcija objekata.
Pametne kante za smeće, automatska vrata i otkrivanje prisutnosti.
Mjerenje protoka, detekcija curenja i ispitivanje bez razaranja u specijaliziranim sustavima.
Iako su ultrazvučni senzori pouzdani u mnogim primjenama, nisu prikladni za svaki cilj ili okruženje. Meki, porozni, nagnuti, vrlo mali ili objekti koji apsorbiraju zvuk mogu uzvratiti slabe odjeke. Pjena, turbulencija, snažno kretanje zraka i promjene temperature također mogu utjecati na točnost mjerenja.
Za točno ultrazvučno mjerenje udaljenosti, inženjeri bi trebali odabrati ispravnu frekvenciju, kut snopa, vrstu senzora, položaj instalacije i metodu kompenzacije. U teškim uvjetima obično se preferiraju vodootporni ili zatvoreni ultrazvučni senzori.
Ultrazvučni senzori rade odašiljanjem visokofrekventnih zvučnih valova i primanjem reflektiranih odjeka. Udaljenost se izračunava iz vremena odjeka i brzine zvuka prema principu vremena leta.
Budući da su ultrazvučni senzori beskontaktni, neosjetljivi na boju i svjetlost i prikladni za mnoge čvrste i tekuće mete, naširoko se koriste u mjerenju udaljenosti, otkrivanju objekata, očitavanju razine tekućine, automobilskim sustavima i industrijskoj automatizaciji.
Ultrazvučni senzori mjere udaljenost emitiranjem zvučnog pulsa, primanjem reflektiranog odjeka i izračunavanjem udaljenosti iz vremena odjeka. Osnovna formula je udaljenost = brzina zvuka × vrijeme / 2.
Ultrazvučni odašiljač pretvara električnu energiju u ultrazvučne zvučne valove. Ultrazvučni prijemnik pretvara reflektirane ultrazvučne valove u električne signale. Neki ultrazvučni pretvarači mogu obavljati obje funkcije u jednoj komponenti.
Ultrazvučni senzori od 40 kHz uobičajeni su jer nude praktičnu ravnotežu između raspona, osjetljivosti, veličine komponente, potrošnje energije i cijene. Naširoko se koriste u modulima za mjerenje udaljenosti, detekciji objekata i sustavima senzora za parkiranje.
Da. Budući da ultrazvučni senzori koriste zvučne valove umjesto svjetlosti, mogu otkriti mnoge prozirne objekte koji su teški za optičke senzore. Stvarni rezultat ovisi o obliku objekta, kutu, veličini i akustičnoj refleksiji.
Na točnost mogu utjecati temperatura, vlažnost, vjetar, kut mete, materijal mete, hrapavost površine, poravnanje senzora, kut snopa, buka iz okoliša i smetnje jeke od obližnjih objekata.
Na ultrazvučne senzore općenito ne utječe vidljivo svjetlo ili boja predmeta jer koriste zvučne valove. To ih čini korisnim za mračna okruženja, prozirne mete, sjajne površine i primjene u kojima optički senzori mogu biti nepouzdani.
Ultrazvučni senzori udaljenosti koriste se u radaru za vožnju unatrag, robotima za izbjegavanje prepreka, mjerenju razine tekućina, industrijskoj automatizaciji, pametnim kantama za smeće, automatskim vratima, sustavima parkiranja i opremi za beskontaktno otkrivanje.
