Ուլտրաձայնային սենսորային տիրույթի մեթոդի մանրամասն բացատրություն

Ուլտրաձայնային սենսորների տիրույթի մեթոդ. Աշխատանքային սկզբունք, բանաձև և կիրառություններ

Առօրյա արտադրության և կյանքում, Ուլտրաձայնային միջակայքի սենսորները լայնորեն օգտագործվում են մեքենայի հետընթաց ռադարի, ռոբոտի խոչընդոտներից խուսափելու, շինարարության չափման, հեղուկի մակարդակի հայտնաբերման, ջրհորի խորության չափման, խողովակաշարի երկարության չափման և այլ ոչ կոնտակտային հեռավորության չափման ծրագրերի համար:

Ուլտրաձայնային սենսորների միջակայքի հիմնական մեթոդը թռիչքի ժամանակի չափումն է: Սենսորն արձակում է ուլտրաձայնային իմպուլս, ընդունում է թիրախից արտացոլված արձագանքը, չափում է հետադարձ ճանապարհի ժամանակը և հաշվարկում է ձայնի արագությունից հեռավորությունը:

Ընդհանուր ուլտրաձայնային միջակայքի համակարգերը սովորաբար հիմնված են մեկ չիպով միկրոհամակարգչի, ներկառուցված վերահսկիչի կամ CPLD-ի վրա: Անկախ նրանից, թե որ կառավարման հարթակն է օգտագործվում, հիմնական դիզայնը նախ պետք է հասկանա ուլտրաձայնային արձագանքների տիրույթը, ձայնի արագությունը, ջերմաստիճանի փոխհատուցումը, կույր գոտին և թիրախի արտացոլման պայմանները:

Ուլտրաձայնային սենսորների տիրույթի աշխատանքային սկզբունքը

Ուլտրաձայնային սենսորը էլեկտրական ազդանշանները վերածում է ուլտրաձայնային ալիքների և ստացված ուլտրաձայնային արձագանքները նորից վերածում է էլեկտրական ազդանշանների: Ուլտրաձայնային ալիքները 20 կՀց-ից բարձր հաճախականությամբ մեխանիկական ալիքներ են: Նրանք ունեն ուժեղ ուղղություն, դանդաղ էներգիայի կորուստ և տարածման համեմատաբար մեծ տարածություն օդում, հեղուկում կամ պինդ միջավայրում։

Երբ ուլտրաձայնային ալիքը հասնում է խոչընդոտին, միջերեսին, հեղուկ մակերեսին կամ պինդ թիրախին, ալիքի մի մասը հետ է արտացոլվում որպես արձագանք: Ստացող տարրը հայտնաբերում է այս արձագանքը, և հսկիչ սխեման հաշվարկում է հեռավորությունը չափված ճանապարհորդության ժամանակից:

Քանի որ ուլտրաձայնային հեռավորության չափումը ոչ կոնտակտային է, ցածր գնով և հարմարվողական է բազմաթիվ նյութերի համար, այն ապահովում է օգտակար հավասարակշռություն իրական ժամանակի պատասխանի, ճշգրտության, հուսալիության և գնի միջև:

Ուլտրաձայնային հեռավորության չափման բանաձև

Ամենատարածված ուլտրաձայնային միջակայքի մեթոդը շրջագայության ժամանակի հայտնաբերման մեթոդն է, որը նաև կոչվում է թռիչքի ժամանակի կամ ToF չափում: Սենսորը ուղարկում է ուլտրաձայնային զարկերակ մեկ ուղղությամբ և սկսում է ժամանակացույցը: Երբ արձագանքը վերադառնում է, համակարգը դադարեցնում է ժամանակը և հաշվարկում է միակողմանի հեռավորությունը:

Եթե s ​​սենսորի և չափված թիրախի միջև հեռավորությունն է, t-ը չափված շրջադարձի ժամանակն է, իսկ v-ն ՝ ձայնի տարածման արագությունը, ապա հեռավորության բանաձևը հետևյալն է.

s = v × t / 2

2-ի բաժանումն անհրաժեշտ է, քանի որ ուլտրաձայնային զարկերակը սենսորից անցնում է թիրախ և այնուհետև վերադառնում է թիրախից դեպի սենսոր: Չափված ժամանակը ընդհանուր շրջագայության ժամանակն է, այլ ոչ թե միակողմանի ճանապարհորդության ժամանակը:

Ջերմաստիճանի փոխհատուցում ուլտրաձայնային տիրույթի համար

Բարձր ճշգրտությամբ ուլտրաձայնային հեռավորության չափման համար ջերմաստիճանի փոխհատուցումը կարևոր է, քանի որ օդում ձայնի արագությունը փոխվում է ջերմաստիճանի հետ: Տաք օդը մեծացնում է ձայնի արագությունը, իսկ սառը օդը նվազեցնում է այն։

Ջերմաստիճանի փոխհատուցման ընդհանուր բանաձևը հետևյալն է.

v = 331,4 + 0,607 Տ

Այս բանաձեւում T-ը շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանն է °C-ով, իսկ v-ն ՝ ձայնի արագությունը մ/վրկ-ով: Ջերմաստիճանի փոխհատուցման ավելացումը կարող է նվազեցնել չափման սխալը, հատկապես արտաքին, արդյունաբերական կամ փոփոխական ջերմաստիճանի միջավայրերում:

Ընդհանուր Ուլտրաձայնային Տարածման

Մեթոդներ	Ինչպես է այն աշխատում	Լավագույն Օգտագործումը
Թռիչքի ժամանակի մեթոդ	Չափում է ուլտրաձայնային փոխանցման և արձագանքների ընդունման միջև ընկած ժամանակը:	Հեռավորության չափում, խոչընդոտների հայտնաբերում, հեղուկի մակարդակի չափում:
Ֆազային հայտնաբերման մեթոդ	Հաշվում է արտանետվող և ստացված ալիքների փուլային տարբերությունից հեռավորությունը:	Կարճ հեռավորության և ավելի բարձր լուծաչափի չափման համակարգեր:
Էխոյի ամպլիտուդի մեթոդ	Վերլուծում է արտացոլված ուլտրաձայնային ազդանշանի ուժը:	Թիրախի հայտնաբերում, նյութի արտացոլման վերլուծություն, ազդանշանի որակի դատողություն:

Հիմնական գործոնները, որոնք ազդում են ուլտրաձայնային սենսորի ճշգրտության

գործոնի	ազդեցությունը չափումների	օպտիմալացման վրա Հուշում
Ջերմաստիճանը	Փոխում է ձայնի արագությունը և առաջացնում հեռավորության սխալ:	Օգտագործեք ջերմաստիճանի փոխհատուցում կառավարման ալգորիթմում:
Կույր գոտի	Շատ մոտ թիրախները կարող են ճիշտ չհայտնաբերվել փոխարկիչի զանգի պատճառով:	Ընտրեք փոքր կույր տարածքի ուլտրաձայնային սենսոր կարճ հեռավորության չափման համար:
Թիրախային անկյուն	Անկյուն մակերեսները կարող են արտացոլել արձագանքը ստացողից հեռու:	Սենսորը հնարավորինս ուղղահայաց պահեք թիրախային մակերեսին:
Թիրախային նյութ	Փափուկ, ծակոտկեն կամ ձայնը կլանող նյութերը նվազեցնում են արձագանքների ուժը:	Ստուգեք իրական թիրախային նյութը արտադրանքի վավերացման ընթացքում:
Բնապահպանական աղմուկ	Այլ ուլտրաձայնային աղբյուրները կամ թրթռումները կարող են կեղծ ընթերցումներ առաջացնել:	Օգտագործեք զտիչ, պաշտպանիչ և համապատասխան նմուշառման տրամաբանություն:
Ջուր, փոշի և կոռոզիա	Խիստ միջավայրը կարող է նվազեցնել սենսորի կյանքը և ազդանշանի որակը:	Անհրաժեշտության դեպքում օգտագործեք անջրանցիկ և կոռոզիակայուն ուլտրաձայնային սենսորներ:

Մեկ հաղորդիչ, մեկ ընդունիչ և բազմաֆունկցիոնալ նախագծումներ

Ընդհանուր ուլտրաձայնային տիրույթի կառուցվածքում օգտագործվում է մեկ հաղորդող և մեկ ընդունող գլուխ: Հաղորդիչը արձակում է ուլտրաձայնային ալիքներ, իսկ ստացողը հայտնաբերում է արտացոլված արձագանքը: Այս կառուցվածքը պարզ է և հարմար է շատ ընդհանուր հեռավորության չափման ծրագրերի համար:

Որոշ համակարգեր օգտագործում են մի քանի հաղորդիչ գլուխներ՝ մեկ ընդունիչ գլխով կամ մի քանի սենսորային մոդուլներ՝ դասավորված զանգվածով: Այս դիզայնը կարող է բարելավել հայտնաբերման ծածկույթը, նվազեցնել կույր կետերը և աջակցել չափման ավելի բարդ սցենարներին, ինչպիսիք են ռոբոտների նավարկությունը կամ հեղուկի մակարդակի բազմակետ հայտնաբերումը:

Ուլտրաձայնային տիրույթի տվիչների կիրառությունները

• Ավտոմեքենաների հետընթացի ռադարներ և կայանման աջակցության համակարգեր:

• Ռոբոտի խոչընդոտներից խուսափելը և ավտոմատ նավարկությունը:

• Հեղուկի մակարդակի չափում տանկերում, բեռնարկղերում և արդյունաբերական սարքավորումներում:

• Հորատանցքի խորությունը, խողովակաշարի երկարությունը և շինհրապարակի չափումը:

• Օբյեկտների հայտնաբերում ավտոմատացման սարքավորումներում և արտադրական գծերում:

• Անջրանցիկ հեռավորության ցուցում բացօթյա կամ խոնավ միջավայրում:

Ուլտրաձայնային սենսորների տիրույթի առավելությունները

Ուլտրաձայնային տիրույթի սենսորները հայտնի են, քանի որ դրանք աջակցում են ոչ կոնտակտային չափումների, ունեն աշխատանքի պարզ սկզբունք և կարող են հայտնաբերել բազմաթիվ պինդ և հեղուկ թիրախներ՝ անկախ գույնից կամ թափանցիկությունից: Դրանք նաև ծախսարդյունավետ են՝ համեմատած որոշ օպտիկական կամ լազերային չափման լուծումների հետ:

Փոքր անկյունով և փոքր կույր գոտու ուլտրաձայնային սենսորով համակարգը կարող է ավելի ճշգրիտ չափումներ կատարել կոմպակտ տարածություններում: Անջրանցիկ և կոռոզիակայուն նմուշները նաև ուլտրաձայնային տվիչները դարձնում են օգտակար հեղուկի մակարդակի, բացօթյա և արդյունաբերական ծրագրերում:

Ամփոփում

Ուլտրաձայնային հեռավորության չափման սկզբունքն է ուղարկել ուլտրաձայնային ալիքներ դեպի թիրախ, ստանալ արտացոլված արձագանքը, չափել շրջադարձի ժամանակը և հաշվարկել հեռավորությունը՝ օգտագործելով ձայնի արագությունը: Հիմնական բանաձևը s = v × t / 2 է.

Ավելի ճշգրիտ ուլտրաձայնային միջակայքի համար դիզայներները պետք է հաշվի առնեն ջերմաստիճանի փոխհատուցումը, կույր գոտին, թիրախային անկյունը, նյութի արտացոլումը, շրջակա միջավայրի աղմուկը և սենսորների տեղադրումը: Սենսորների ճիշտ ընտրությունը և ազդանշանի մշակումը կարող են բարելավել չափման կայունությունը իրական ծրագրերում:

Հաճախակի տրվող հարցեր ուլտրաձայնային սենսորների տիրույթի մասին

Ո՞րն է ուլտրաձայնային սենսորների միջակայքի մեթոդը:

Ուլտրաձայնային սենսորային միջակայքի մեթոդը չափում է հեռավորությունը՝ ուղարկելով ուլտրաձայնային զարկերակ, ստանալով արտացոլված արձագանքը և հաշվարկելով ձայնի ճամփորդության ժամանակի հեռավորությունը: Սա նաև կոչվում է թռիչքի ժամանակի ուլտրաձայնային կամ արձագանքների տիրույթ:

Ո՞րն է ուլտրաձայնային հեռավորության չափման բանաձևը:

Ուլտրաձայնային հեռավորության հիմնական բանաձևը s = v × t / 2 է : Այս բանաձևում s հեռավորությունն է, v-ն ձայնի արագությունն է, իսկ t-ը ուլտրաձայնային զարկերակի չափված շրջադարձի ժամանակն է:

Ինչու՞ է ուլտրաձայնային միջակայքը բաժանում ժամանակը 2-ի:

Սենսորը չափում է ուլտրաձայնային ալիքի օբյեկտ հասնելու և վերադառնալու ընդհանուր ժամանակը: Քանի որ սա շրջագայություն է, արդյունքը պետք է բաժանվի 2-ի՝ սենսորի և թիրախի միջև միակողմանի հեռավորությունը ստանալու համար:

Ինչպե՞ս է ջերմաստիճանը ազդում ուլտրաձայնային սենսորի ճշգրտության վրա:

Ջերմաստիճանը փոխում է օդի ձայնի արագությունը: Եթե ​​ջերմաստիճանը փոխվում է, բայց համակարգը դեռ օգտագործում է ձայնի ֆիքսված արագություն, ապա հաշվարկված հեռավորությունը սխալ կունենա: Ջերմաստիճանի փոխհատուցումն օգնում է բարելավել ուլտրաձայնային միջակայքի ճշգրտությունը:

Ո՞րն է ուլտրաձայնային տիրույթի սենսորի կույր գոտին:

Կույր գոտին այն նվազագույն հեռավորությունն է, որտեղ սենսորը չի կարող հուսալիորեն չափել: Այն սովորաբար առաջանում է փոխանցումից հետո փոխարկիչի զանգի պատճառով: Փոքր հեռահարության հայտնաբերման համար ընտրեք ուլտրաձայնային սենսոր՝ փոքր կույր տարածքով:

Ո՞ր նյութերն են դժվար հայտնաբերել ուլտրաձայնային սենսորների համար:

Փափուկ, ծակոտկեն, ձայնը կլանող, շատ բարակ կամ կտրուկ անկյան տակ գտնվող մակերեսները կարող են նվազեցնել արձագանքների ուժը: Փրփուրը, գործվածքը և թեքված առարկաները կարող են թույլ կամ անկայուն ուլտրաձայնային հեռավորության ցուցումներ առաջացնել:

Որտե՞ղ են սովորաբար օգտագործվում ուլտրաձայնային տիրույթի տվիչները:

Ուլտրաձայնային տիրույթի տվիչները սովորաբար օգտագործվում են կայանման տվիչների, ռոբոտի խոչընդոտներից խուսափելու, հեղուկի մակարդակի չափման, արդյունաբերական ավտոմատացման, շինարարության չափման, խողովակաշարերի հայտնաբերման և ոչ կոնտակտային հեռավորության չափման համակարգերում: