Dilihat: 585 Penulis: Editor Situs Waktu Publikasi: 21-05-2020 Asal: Lokasi
Sensor ultrasonik adalah sensor non-kontak yang menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi untuk mendeteksi objek, mengukur jarak, memantau ketinggian cairan, dan mengidentifikasi posisi material. Mereka banyak digunakan di bidang manufaktur, sistem tenaga, metalurgi, bahan bangunan, bahan kimia, pengolahan makanan, mobil, pergudangan, kapal, tekstil, transportasi, robotika, pemantauan tingkat cairan, deteksi aliran saluran terbuka, dan otomasi industri.
Keuntungan utama sensor ultrasonik adalah akurasi pengukuran yang tinggi, pengoperasian yang stabil, deteksi non-kontak, arah yang kuat, dan kemampuan untuk bekerja dengan banyak bahan cair dan padat. Namun sensor ultrasonik juga memiliki keterbatasan, seperti rentang frekuensi tetap, tegangan penggerak yang relatif tinggi, zona buta, jangkauan terbatas, dan kepekaan terhadap suhu, bahan lunak, aliran udara, dan kondisi pemasangan.
Sensor ultrasonik bekerja dengan mentransmisikan gelombang ultrasonik dan menerima gema yang dipantulkan. Sensor mengirimkan pulsa suara frekuensi tinggi menuju target. Ketika gelombang bunyi mencapai permukaan benda, sebagian gelombang dipantulkan kembali ke penerima. Sensor kemudian menghitung jarak atau posisi berdasarkan waktu antara transmisi dan penerimaan.
Probe ultrasonik biasanya didasarkan pada elemen keramik piezoelektrik. Elemen piezoelektrik ini dapat mengubah energi listrik menjadi getaran mekanis untuk mengirimkan gelombang ultrasonik, dan juga dapat mengubah getaran yang diterima kembali menjadi sinyal listrik.
Ketika sinyal pulsa yang diterapkan cocok dengan frekuensi resonansi alami elemen piezoelektrik, elemen tersebut bergetar kuat dan menghasilkan gelombang ultrasonik. Ketika gelombang pantulan kembali ke probe, elemen piezoelektrik menerima getaran dan mengubahnya menjadi sinyal listrik untuk dianalisis.
| Keuntungan | Mengapa Itu Penting |
|---|---|
| Pengukuran non-kontak | Sensor dapat mendeteksi objek tanpa menyentuhnya, yang berguna untuk material yang rapuh, bergerak, panas, atau korosif. |
| Bekerja dengan banyak bahan | Sensor ultrasonik dapat mengukur banyak cairan dan padatan, termasuk bahan buram yang sulit dilakukan sensor optik. |
| Tidak terpengaruh oleh warna atau transparansi | Karena deteksi didasarkan pada pantulan suara, warna target dan transparansi biasanya memiliki pengaruh yang kecil pada pengukuran. |
| Arah yang bagus | Gelombang ultrasonik memiliki panjang gelombang pendek dan arah yang kuat, sehingga cocok untuk pengukuran jarak dan ketinggian. |
| Dapat bekerja di lingkungan yang gelap | Berbeda dengan sensor optik, sensor ultrasonik tidak bergantung pada cahaya tampak. |
| Berguna dalam debu, asap, atau kabut | Banyak sensor ultrasonik yang dapat bekerja lebih baik daripada sensor optik di lingkungan yang berdebu, berasap, atau minim cahaya. |
| Kerugian | pada Aplikasi |
|---|---|
| Rentang frekuensi tetap | Sensor 40 kHz biasanya hanya bekerja di dekat rentang frekuensi yang dirancang, misalnya sekitar 38-42 kHz. |
| Tegangan mengemudi lebih tinggi | Beberapa transduser ultrasonik memerlukan tegangan puncak-ke-puncak yang tinggi, sehingga rangkaian tegangan rendah mungkin memerlukan rangkaian penguat atau transformator. |
| Pengaruh suhu | Kecepatan suara berubah seiring suhu udara, yang dapat mempengaruhi keakuratan pengukuran jarak. |
| Bahan lembut menyerap suara | Busa, kain, dan permukaan lembut lainnya dapat menyerap gelombang ultrasonik dan mengurangi kekuatan gema. |
| Zona buta | Objek yang terlalu dekat dengan sensor mungkin berada dalam jarak deteksi minimum dan tidak dapat diukur secara akurat. |
| Jangkauan terbatas | Gelombang ultrasonik melemah seiring dengan jarak, sehingga jangkauan sensor dibatasi oleh frekuensi, daya, permukaan target, dan lingkungan. |
Gelombang ultrasonik memiliki frekuensi tinggi, panjang gelombang pendek, difraksi kecil, arah yang kuat, dan penetrasi yang baik di banyak cairan dan padatan. Ketika gelombang ultrasonik bertemu dengan pengotor, batas, atau antarmuka material, gelombang tersebut menghasilkan gema pantulan yang dapat dideteksi dan dianalisis.
Sensor ultrasonik juga dapat mendukung deteksi berbasis Doppler untuk objek bergerak. Hal ini menjadikan teknologi ultrasonik berguna dalam pengukuran jarak, pengukuran ketinggian cairan, deteksi objek, pemantauan aliran, deteksi cacat, robotika, bantuan parkir, otomasi industri, dan peralatan medis.
Probe ultrasonik berdaya rendah sering digunakan untuk deteksi dan pengukuran. Tergantung pada jenis dan struktur gelombang, probe ultrasonik dapat mencakup probe lurus untuk gelombang longitudinal, probe miring untuk gelombang transversal, probe gelombang permukaan, probe gelombang Lamb, dan probe ganda di mana satu elemen mentransmisikan dan elemen lainnya menerima.
Untuk aplikasi industri dan konsumen, produk umum meliputi sensor ultrasonik tipe terbuka, sensor ultrasonik tahan air, sensor ultrasonik frekuensi tinggi, sensor parkir, dan sensor level. Pilihan yang tepat bergantung pada jangkauan, frekuensi, wadah, tingkat kedap air, bahan target, dan lingkungan pemasangan.
Keakuratan sensor ultrasonik bergantung pada frekuensi, sensitivitas, tegangan penggerak, permukaan target, suhu udara, kelembapan, aliran udara, sudut pemasangan, dan pemrosesan sinyal gema. Sensor dengan kompensasi suhu dapat mengurangi kesalahan yang disebabkan oleh perubahan kecepatan suara.
Sensitivitas terutama bergantung pada elemen piezoelektrik. Koefisien kopling elektromekanis yang lebih besar biasanya berarti sensitivitas yang lebih tinggi. Sensitivitas yang lebih tinggi membantu sensor menerima gema yang lebih lemah, namun kinerja akhir masih bergantung pada desain sirkuit penuh dan lingkungan aplikasi.
Sensor ultrasonik digunakan dalam pengukuran industri, pertanian, industri ringan, peralatan medis, sistem parkir, robotika, sistem keamanan, pemantauan ketinggian, deteksi objek, dan pengujian non-destruktif. Mereka dapat mendeteksi suara dan gema yang tidak dapat didengar oleh telinga manusia, kemudian mengubah informasi tersebut menjadi data jarak, posisi, atau material yang berguna.
Dalam aplikasi praktis, jangkauan ultrasonik dapat digunakan untuk menghindari rintangan, pengukuran ketinggian tangki, deteksi aliran saluran terbuka, bantuan membalikkan kendaraan, navigasi robot, penentuan posisi material, dan deteksi cacat pada struktur logam atau padat.
Saat memilih sensor ultrasonik, pertama-tama konfirmasikan jarak deteksi, zona buta, bahan target, akurasi yang diperlukan, frekuensi pengoperasian, tegangan penggerak, sudut pancaran, waktu respons, persyaratan kedap air, dan kisaran suhu kerja.
Untuk lingkungan luar ruangan atau basah, sensor ultrasonik tahan air biasanya lebih disukai. Untuk deteksi jarak pendek yang tepat, sensor frekuensi yang lebih tinggi dapat memberikan resolusi yang lebih baik. Untuk deteksi jarak jauh, frekuensi yang lebih rendah dan daya transmisi yang lebih kuat mungkin lebih cocok.
Sebelum produksi massal, uji sensor pada posisi dan lingkungan pemasangan sebenarnya. Sudut pemasangan, bukaan penutup, bentuk target, rintangan di sekitar, variasi suhu, dan kebisingan listrik semuanya dapat memengaruhi kinerja sebenarnya.
Sensor ultrasonik menawarkan pengukuran yang akurat, stabil, dan non-kontak untuk banyak material cair dan padat. Mereka sangat berguna ketika deteksi optik dipengaruhi oleh warna, transparansi, kegelapan, debu, asap, atau pantulan permukaan.
Pada saat yang sama, sensor ultrasonik tidak cocok untuk setiap situasi. Insinyur harus mempertimbangkan frekuensi, tegangan, sensitivitas, kompensasi suhu, zona buta, jangkauan, bahan target, dan kondisi pemasangan sebelum memilih sensor.
Sensor ultrasonik mengukur jarak dengan mengirimkan pulsa suara frekuensi tinggi dan menerima gema yang dipantulkan. Jarak dihitung dari waktu yang diperlukan gelombang suara untuk sampai ke sasaran dan kembali.
Sensor ultrasonik bisa sangat akurat dalam kondisi yang sesuai, terutama untuk pengukuran jarak dan ketinggian non-kontak. Akurasi bergantung pada suhu, kelembapan, permukaan target, frekuensi sensor, sudut pemasangan, dan pemrosesan sinyal.
Suhu mengubah kecepatan suara di udara. Saat suhu berubah, jarak yang diukur dapat berubah kecuali sensor menggunakan kompensasi suhu atau sistem mengoreksi pembacaan.
Pilih sensor ultrasonik tipe terbuka untuk lingkungan dalam ruangan yang bersih dan peralatan kompak. Pilih sensor ultrasonik tahan air untuk lingkungan luar ruangan, lembab, berdebu, atau rawan percikan.
Gunakan frekuensi yang benar, jaga agar sensor tetap sejajar dengan target, hindari rintangan di sekitar, berikan tegangan penggerak yang stabil, gunakan kompensasi suhu, dan uji sensor di lingkungan pemasangan akhir.
