Megtekintések: 110 Szerző: Grace Megjelenés ideje: 2021-06-25 Eredet: Telek
Az ultrahangos érzékelők olyan eszközök, amelyek nagyfrekvenciás hanghullámokat használnak tárgyak észlelésére, távolságmérésre vagy mozgás figyelésére. Az elektromos jeleket ultrahanghullámokká alakítják, majd a visszavert visszhangokat elektromos jelekké alakítják vissza mérés és vezérlés céljából.
Az ultrahanghullám 20 kHz-nél nagyobb frekvenciájú mechanikus hanghullám. Mivel az ultrahanghullámok rövid hullámhosszúak, jó irányultságúak és viszonylag stabil terjedéssel rendelkeznek a levegőben, széles körben használják őket távolságmérésben, tárgyérzékelésben, folyadékszint-érzékelésben, parkolóérzékelőkben, robotikában és ipari automatizálásban.
Egy tipikus ultrahangos távolságérzékelő egy adót használ hanghullámok kibocsátására és egy vevőt a visszavert hullám rögzítésére. Az átvitel és a visszhangvétel közötti idő mérésével az érzékelő ki tudja számítani az érzékelő és a céltárgy közötti távolságot.
Az ultrahangos érzékelő egy érintésmentes érzékelő, amely ultrahang segítségével érzékeli egy tárgy jelenlétét, távolságát, helyzetét vagy mozgását. Működhet ultrahangos távolságérzékelőként, tárgyérzékelőként, folyadékszint-érzékelőként vagy közelségérzékelőként az áramkör kialakításától és alkalmazásától függően.
Sok 40 kHz-es ultrahangos érzékelőben kerámia átalakítót használnak ultrahanghullámok generálására és fogadására. Az adó ultrahang impulzust küld, a vevő pedig érzékeli a céltárgy által visszavert visszhangot. Az érzékelő áramkör ezután feldolgozza a visszhangjelet, és távolság- vagy észlelési adatokat ad ki.
Egy pár ultrahangos érzékelő külön adóból és vevőből készülhet, vagy mindkét funkció beágyazható egyetlen adó-vevő egységbe. Az alábbi képen a Manorshi 40 kHz-es ultrahangos adó- és vevőegységei láthatók. További ultrahangos érzékelő termékek a következő címen érhetők el: Manorshi ultrahangos érzékelő.
Az ultrahangos érzékelő működési elve a hanghullámok átvitelén, a visszaverődésen és a visszhang észlelésen alapul. Az érzékelő ultrahang impulzust bocsát ki a cél felé. Amikor a hanghullám eléri a tárgy felületét, a hullám egy része visszaverődik a vevő felé.
Az érzékelő méri a visszhang utazási idejét, amelyet repülési időnek is neveznek. Mivel a hangsebesség a levegőben ismert, a távolság az ultrahanghullám oda-vissza idejéből számítható.
Távolság = hangsebesség × visszhangidő / 2
Az eredményt elosztjuk 2-vel, mert a hanghullám az érzékelőtől az objektumig terjed, majd a tárgyról visszatér az érzékelőhöz. A mért visszhangidő egy oda-vissza út, nem pedig egyirányú idő.
| Lépés | Mi történik |
|---|---|
| 1. Elektromos jelbemenet | Az áramkör elektromos jelet ad az ultrahangos adóra. |
| 2. Ultrahanghullám-kibocsátás | A piezoelektromos átalakító vibrál és ultrahanghullámokat bocsát ki. |
| 3. Visszhangvisszaverődés | A hullám visszaverődik, amikor tárggyal, folyadékfelülettel vagy határfelülettel találkozik. |
| 4. Visszhangvétel | A vevő érzékeli a visszavert ultrahanghullámot. |
| 5. Jelszámítás | A vezérlő áramkör kiszámítja a távolságot a repülési időtől. |
An Az ultrahangos adó általában piezoelektromos kerámiakristályt használ, amely fém vibrációs lemezhez vagy rezonátorhoz van rögzítve. Ha váltakozó elektromos feszültséget kapcsolunk a piezokerámia elemre, az gyorsan kitágul és összehúzódik.
Ez a mechanikai rezgés ultrahanghullámokat generál. A rezonátor és a ház segít előre irányítani az akusztikus energiát, így a kibocsátott hanghullám iránynyalábként halad, nem pedig egyenlően terjed minden irányba.
Az ultrahangos vevő fordítva működik. Amikor a visszavert ultrahanghullám eléri a vevőt, a vibrációs lemez elmozdul. Ez a rezgés átkerül a piezoelektromos kerámia tárcsára.
A piezoelektromos hatás miatt a kerámia elem elektromos jelet generál, amikor mechanikai igénybevételnek vannak kitéve. Az érzékelő áramkör felerősíti és feldolgozza ezt a gyenge jelet, hogy megállapítsa, visszatért-e visszhang, és mennyi ideig tartott a visszhang megérkezése.
Röviden, az ultrahangos érzékelők ultrahanghullámokat küldhetnek és fogadhatnak. Az átvitel során az elektromos energiát ultrahangos rezgéssé alakítják. A visszhangok fogadásakor az ultrahangos rezgést elektromos jelekké alakítják. Ezért nevezik őket ultrahangos átalakítónak is.
Mivel a piezoelektromos elem általában kör alakú, a kibocsátott ultrahanghullám iránynyalábmintázatú. A nyaláb keresztmetszete gyakran hasonlít egy ellipszishez, így az érzékelési tartományt korlátozza a szög, a frekvencia, a jelátalakító mérete, az akusztikus teljesítmény és a célvisszaverődés.
Egyes ultrahangos érzékelők esetében a vízszintes érzékelési szög szélesebb lehet, mint a függőleges érzékelési szög. Például egy érzékelő vízszintes sugárzási szöge körülbelül 120 fok, függőleges sugárzási szöge pedig körülbelül 60 fok, a szerkezettől és az alkalmazástól függően.
| Teljesítménytényező | hatása az érzékelő munkájára |
|---|---|
| Frekvencia | Az alacsonyabb frekvenciák messzebbre jutnak el, míg a magasabb frekvenciák jobb felbontást biztosíthatnak rövidebb tartományon. |
| Nyalábszög | A keskeny sugár javítja az irányérzékelést; széles sugár több területet fed le. |
| Célfelület | A lapos, kemény felületek jobban visszaverik az ultrahangot, mint a puha, szögletes vagy porózus felületek. |
| Hőmérséklet | A hőmérséklet megváltoztatja a hang sebességét, és befolyásolhatja a távolság pontosságát. |
| Környezet | Por, nedvesség, szél, hab, rezgés és egyéb ultrahangos források befolyásolhatják a jel minőségét. |
Egyszerű szerkezet és kényelmes gyártás.
Érintkezés nélküli távolságmérés a céltárgy érintése nélkül.
A célszín, az átlátszóság vagy a környezeti fény kevésbé befolyásolja, mint az optikai érzékelők.
Alkalmas átlátszó tárgyak, fényes felületek, folyadékszintek és sok szilárd anyag észlelésére.
A szokásos környezeti elektromágneses mezők nem zavarják könnyen.
Tervezhető nyitott típusú, vízálló, nagyfrekvenciás, adó, vevő vagy integrált adó-vevőként.
| Típus | Leírás | Tipikus felhasználás |
|---|---|---|
| Ultrahangos jeladó | Az elektromos jeleket ultrahanghullámokká alakítja. | Távolsági modulok, repeller eszközök, érzékelő rendszerek. |
| Ultrahangos vevő | Az ultrahang visszhangokat elektromos jelekké alakítja. | Visszhangérzékelő és jelfogadó áramkörök. |
| Ultrahangos adó-vevő | Egy egységben egyesíti az adási és vételi funkciókat. | Kompakt távolságérzékelők és tárgyérzékelő modulok. |
| Vízálló ultrahangos érzékelő | Zárt házat használ nedves, kültéri vagy folyadékkal kapcsolatos környezetben. | Parkolásérzékelők, kültéri távolságmérő, tankszint érzékelés. |
| Nagyfrekvenciás ultrahangos érzékelő | Magasabb frekvenciát használ a jobb felbontás érdekében rövidebb tartományokon. | Precíziós észlelés, orvosi, ipari ellenőrzés. |
Ultrahangos érzékelőket mindenhol használnak, ahol érintésmentes mérésre van szükség. Különösen hasznosak, ha az optikai érzékelőkre hatással lehet a szín, a fény, az átlátszóság, a por vagy a tükröződés.
Parkoló érzékelők és tolatóradar.
Robot akadálykerülés és navigáció.
Folyadékszintmérés tartályokban és tartályokban.
Ipari automatizálás és tárgyérzékelés.
Intelligens szemeteskukák, automatikus ajtók és jelenlétérzékelés.
Áramlásmérés, szivárgásérzékelés és roncsolásmentes tesztelés speciális rendszerekben.
Bár az ultrahangos érzékelők sok alkalmazásban megbízhatóak, nem alkalmasak minden célponthoz vagy környezethez. A puha, porózus, szögletes, nagyon kicsi vagy hangelnyelő tárgyak gyenge visszhangot kelthetnek. A hab, a turbulencia, az erős légmozgás és a hőmérséklet-változások szintén befolyásolhatják a mérési pontosságot.
A pontos ultrahangos távolságmérés érdekében a mérnököknek meg kell választaniuk a megfelelő frekvenciát, sugárszöget, érzékelő típusát, beépítési helyzetét és kompenzációs módszerét. Kíméletlen környezetben általában a vízálló vagy zárt ultrahangos érzékelőket részesítik előnyben.
Az ultrahangos érzékelők nagyfrekvenciás hanghullámok továbbításával és a visszavert visszhangok fogadásával működnek. A távolságot a visszhangidőből és a hangsebességből számítják ki a repülési idő elve alapján.
Mivel az ultrahangos érzékelők érintésmentesek, érzéketlenek a színre és a fényre, és számos szilárd és folyékony célponthoz alkalmasak, széles körben használják őket távolságmérésben, tárgyérzékelésben, folyadékszint-érzékelésben, autóipari rendszerekben és ipari automatizálásban.
Az ultrahangos érzékelők hangimpulzus kibocsátásával, a visszavert visszhang fogadásával és a visszhangidőtől számított távolság kiszámításával mérik a távolságot. Az alapképlet a távolság = hangsebesség × idő / 2.
Az ultrahangos adó átalakítja az elektromos energiát ultrahangos hanghullámokká. Az ultrahangos vevő a visszavert ultrahanghullámokat elektromos jelekké alakítja. Egyes ultrahangos jelátalakítók egy komponensben mindkét funkciót képesek ellátni.
A 40 kHz-es ultrahangos érzékelők gyakoriak, mert praktikus egyensúlyt kínálnak a hatótávolság, az érzékenység, az alkatrészméret, az energiafogyasztás és a költségek között. Széles körben használják hatótávolság-meghatározó modulokban, tárgyészlelésben és parkolásérzékelő rendszerekben.
Igen. Mivel az ultrahangos szenzorok hanghullámokat használnak fény helyett, sok olyan átlátszó tárgyat képesek érzékelni, amelyek az optikai érzékelők számára nehézkesek. A tényleges eredmény a tárgy alakjától, szögétől, méretétől és az akusztikus visszaverődéstől függ.
A pontosságot befolyásolhatja a hőmérséklet, a páratartalom, a szél, a célszög, a célanyag, a felületi érdesség, az érzékelő igazítása, a sugárszög, a környezeti zaj és a közeli tárgyak visszhangja.
Az ultrahangos érzékelőket általában nem befolyásolja a látható fény vagy a tárgy színe, mert hanghullámokat használnak. Ez hasznossá teszi őket sötét környezetben, átlátszó célpontokon, fényes felületeken és olyan alkalmazásokban, ahol az optikai érzékelők megbízhatatlanok lehetnek.
Az ultrahangos távolságérzékelőket autós tolatóradarban, robot-akadálykerülésben, folyadékszint mérésben, ipari automatizálásban, intelligens szemeteskukában, automata ajtókban, parkolórendszerekben és érintésmentes érzékelő berendezésekben használják.
