Megtekintések: 352 Szerző: Site Editor Közzététel ideje: 2020-05-22 Eredet: Telek
A mindennapi termelésben és életben Az ultrahangos távolságmérő érzékelőket széles körben használják autós tolatóradarhoz, robot-akadálykerüléshez, építési méréshez, folyadékszint-érzékeléshez, kútmélységméréshez, csővezeték hosszméréséhez és egyéb érintésmentes távolságmérési alkalmazásokhoz.
Az ultrahangos érzékelő mérési módszere a repülési idő mérése. Az érzékelő ultrahang impulzust bocsát ki, fogadja a célpontról visszaverődő visszhangot, méri az oda-vissza út idejét, és a hangsebességtől számítja a távolságot.
Az általános ultrahangos mérési rendszerek általában egychipes mikroszámítógépen, beágyazott vezérlőn vagy CPLD-n alapulnak. Függetlenül attól, hogy melyik vezérlőplatformot használják, az alapkialakításnak először meg kell értenie az ultrahang visszhangtartományát, a hangsebességet, a hőmérséklet-kompenzációt, a vak zónát és a célvisszaverődési feltételeket.
Az ultrahangos érzékelő az elektromos jeleket ultrahanghullámokká alakítja, a fogadott ultrahang visszhangokat pedig elektromos jelekké alakítja vissza. Az ultrahanghullámok 20 kHz feletti frekvenciájú mechanikai hullámok. Erős irányítottsággal, lassú energiaveszteséggel és viszonylag nagy terjedési távolsággal rendelkeznek levegőben, folyékony vagy szilárd közegben.
Amikor egy ultrahanghullám elér egy akadályt, határfelületet, folyadékfelületet vagy szilárd célpontot, a hullám egy része visszhangként visszaverődik. A vevő elem érzékeli ezt a visszhangot, és a vezérlő áramkör kiszámítja a távolságot a mért utazási időtől.
Mivel az ultrahangos távolságmérés érintésmentes, alacsony költségű és sok anyaghoz adaptálható, hasznos egyensúlyt biztosít a valós idejű válaszadás, a pontosság, a megbízhatóság és az ár között.
A legelterjedtebb ultrahangos távolság-meghatározási módszer az oda-vissza utazási idő detektálási módszer, más néven repülési idő vagy ToF mérés. Az érzékelő ultrahang impulzust küld egy irányba, és megkezdi az időzítést. Amikor a visszhang visszatér, a rendszer leállítja az időzítést, és kiszámítja az egyirányú távolságot.
Ha s az érzékelő és a mért cél közötti távolság, t a mért oda-vissza út, v pedig a hang terjedési sebessége, akkor a távolság képlete:
s = v × t / 2
A 2-vel való osztás azért szükséges, mert az ultrahang impulzus az érzékelőtől a célpontig terjed, majd a célpontról visszatér az érzékelőhöz. A mért idő a teljes oda-vissza utazási idő, nem az egyirányú utazási idő.
A nagy pontosságú ultrahangos távolságmérésnél fontos a hőmérséklet-kompenzáció, mert a levegőben a hangsebesség a hőmérséklettel változik. A meleg levegő növeli a hangsebességet, míg a hideg levegő csökkenti.
Egy általánosan használt hőmérséklet-kompenzációs képlet a következő:
v = 331,4 + 0,607T
Ebben a képletben T a környezeti hőmérséklet °C-ban, v pedig a hangsebesség m/s-ban. A hőmérséklet-kompenzáció hozzáadása csökkentheti a mérési hibákat, különösen kültéri, ipari vagy változó hőmérsékletű környezetben.
| Módszer | Hogyan működik | a legjobban Használat |
|---|---|---|
| A repülési idő módszere | Méri az ultrahangos átvitel és a visszhang vétel közötti időt. | Távolságmérés, akadályérzékelés, folyadékszintmérés. |
| Fázisérzékelési módszer | Kiszámítja a távolságot a kibocsátott és vett hullámok közötti fáziskülönbségtől. | Kis hatótávolságú és nagyobb felbontású mérőrendszerek. |
| Echo amplitúdó módszer | Elemzi a visszavert ultrahang jel erősségét. | Célérzékelés, anyagreflexió-elemzés, jelminőség megítélése. |
| tényező | hatása | Tipp |
|---|---|---|
| Hőmérséklet | Megváltoztatja a hangsebességet és távolsághibát okoz. | Használjon hőmérséklet-kompenzációt a szabályozási algoritmusban. |
| Vakzóna | Előfordulhat, hogy a nagyon közeli célpontokat a rendszer nem érzékeli megfelelően a jelátalakító csengetése miatt. | Válasszon egy kis vakterület ultrahangos érzékelőt a rövid hatótávolságú mérésekhez. |
| Célszög | A ferde felületek visszaverhetik a visszhangot a vevőről. | Tartsa az érzékelőt a lehető legnagyobb merőlegesen a célfelületre. |
| Célanyag | A puha, porózus vagy hangelnyelő anyagok csökkentik a visszhang erősségét. | Tesztelje a tényleges célanyagot a termék érvényesítése során. |
| Környezeti zaj | Más ultrahangforrások vagy rezgés téves leolvasást okozhat. | Használjon szűrést, árnyékolást és megfelelő mintavételezési logikát. |
| Víz, por és korrózió | A zord környezet csökkentheti az érzékelő élettartamát és a jel minőségét. | Szükség esetén használjon vízálló és korrózióálló ultrahangos érzékelőket. |
Egy általános ultrahangos távolságmérő szerkezet egy adófejet és egy vevőfejet használ. Az adó ultrahanghullámokat bocsát ki, a vevő pedig érzékeli a visszavert visszhangot. Ez a szerkezet egyszerű és számos általános távolságmérési alkalmazásra alkalmas.
Egyes rendszerek több adófejet használnak egy vevőfejjel, vagy több érzékelőmodult, amelyek egy tömbben vannak elrendezve. Ez a kialakítás javíthatja az észlelési lefedettséget, csökkentheti a holtfoltokat, és támogatja az összetettebb mérési forgatókönyveket, például a robotnavigációt vagy a többpontos folyadékszint-érzékelést.
Autó tolatóradar és parkolást segítő rendszerek.
Robot akadálykerülés és automatikus navigáció.
Folyadékszintmérés tartályokban, tartályokban és ipari berendezésekben.
A kút mélysége, a csővezeték hossza és az építési terület mérése.
Tárgyérzékelés automatizálási berendezésekben és gyártósorokon.
Vízálló távolságérzékelés kültéri vagy párás környezetben.
Az ultrahangos távolságmérő szenzorok népszerűek, mert támogatják az érintésmentes mérést, egyszerű működési elvük van, és sok szilárd és folyékony célpontot képesek érzékelni, színtől és átlátszóságtól függetlenül. Ezenkívül költséghatékonyak egyes optikai vagy lézeres mérési megoldásokhoz képest.
A kis szögű és kis vakzónás ultrahangos érzékelővel a rendszer pontosabb mérést tud elérni kompakt helyeken. A vízálló és korrózióálló kialakításnak köszönhetően az ultrahangos érzékelők hasznosak folyadékszint, kültéri és ipari alkalmazásokban is.
Az ultrahangos távolságmérés elve az, hogy ultrahanghullámokat küld a cél felé, fogadja a visszavert visszhangot, méri az oda-vissza utazási időt, és a hangsebesség segítségével kiszámítja a távolságot. Az alapképlet: s = v × t / 2.
A pontosabb ultrahangos hatótávolság érdekében a tervezőknek figyelembe kell venniük a hőmérséklet-kompenzációt, a vakzónát, a célszöget, az anyag visszaverődését, a környezeti zajt és az érzékelő telepítését. Az érzékelő helyes kiválasztása és a jelfeldolgozás javíthatja a mérési stabilitást valós alkalmazásokban.
Az ultrahangos szenzoros távolságmérő módszer ultrahang impulzus küldésével, a visszavert visszhang fogadásával és a távolság kiszámításával a hang utazási idejéből méri a távolságot. Ezt ultrahangos repülési időnek vagy visszhang-tartománynak is nevezik.
Az ultrahangos távolság alapképlete s = v × t / 2 . Ebben a képletben s a távolság, v a hangsebesség, t pedig az ultrahangimpulzus mért oda-vissza úti ideje.
Az érzékelő méri az ultrahanghullám tárgyhoz való eljutásának és visszatérésének teljes idejét. Mivel ez egy oda-vissza út, az eredményt el kell osztani 2-vel, hogy megkapjuk az érzékelő és a cél közötti egyirányú távolságot.
A hőmérséklet megváltoztatja a hang sebességét a levegőben. Ha a hőmérséklet változik, de a rendszer továbbra is rögzített hangsebességet használ, a számított távolság hibás lesz. A hőmérséklet-kompenzáció javítja az ultrahangos mérési pontosságot.
A vak zóna az a minimális távolság, ahol az érzékelő nem tud megbízhatóan mérni. Általában az átvitel utáni jelátalakító csengetése okozza. A rövid hatótávolságú érzékeléshez válasszon egy kis vakterülettel rendelkező ultrahangos érzékelőt.
A puha, porózus, hangelnyelő, nagyon vékony vagy éles szögű felületek csökkenthetik a visszhang erősségét. A hab, a szövet és a ferde tárgyak gyenge vagy instabil ultrahangos távolságleolvasást okozhatnak.
Az ultrahangos távolságmérő szenzorokat általában parkolóérzékelőkben, robot-akadálykerülő rendszerekben, folyadékszintmérésekben, ipari automatizálásban, építési mérésekben, csővezeték-érzékelésben és érintésmentes távolságmérő rendszerekben használják.
