Dilihat: 352 Penulis: Editor Situs Waktu Publikasi: 22-05-2020 Asal: Lokasi
Dalam produksi dan kehidupan sehari-hari, sensor jarak ultrasonik banyak digunakan untuk radar pembalik mobil, penghindaran rintangan robot, pengukuran konstruksi, deteksi ketinggian cairan, pengukuran kedalaman sumur, pengukuran panjang pipa, dan aplikasi pengukuran jarak non-kontak lainnya.
Metode jangkauan sensor ultrasonik inti adalah pengukuran waktu penerbangan. Sensor memancarkan pulsa ultrasonik, menerima gema yang dipantulkan dari suatu target, mengukur waktu perjalanan pulang pergi, dan menghitung jarak dari kecepatan suara.
Sistem jangkauan ultrasonik yang umum biasanya didasarkan pada komputer mikro chip tunggal, pengontrol tertanam, atau CPLD. Apa pun platform kontrol yang digunakan, desain dasarnya harus terlebih dahulu memahami jangkauan gema ultrasonik, kecepatan suara, kompensasi suhu, zona buta, dan kondisi pantulan target.
Sensor ultrasonik mengubah sinyal listrik menjadi gelombang ultrasonik dan mengubah gema ultrasonik yang diterima kembali menjadi sinyal listrik. Gelombang ultrasonik merupakan gelombang mekanik dengan frekuensi diatas 20kHz. Mereka memiliki arah yang kuat, kehilangan energi yang lambat, dan jarak propagasi yang relatif jauh di media udara, cair, atau padat.
Ketika gelombang ultrasonik mencapai penghalang, antarmuka, permukaan cairan, atau target padat, sebagian gelombang dipantulkan kembali sebagai gema. Elemen penerima mendeteksi gema ini, dan rangkaian kontrol menghitung jarak dari waktu tempuh yang diukur.
Karena pengukuran jarak ultrasonik bersifat non-kontak, berbiaya rendah, dan dapat disesuaikan dengan banyak material, pengukuran ini memberikan keseimbangan yang berguna antara respons waktu nyata, akurasi, keandalan, dan harga.
Metode jangkauan ultrasonik yang paling umum adalah metode deteksi waktu bolak-balik, juga disebut pengukuran waktu penerbangan atau ToF. Sensor mengirimkan pulsa ultrasonik dalam satu arah dan memulai penghitungan waktu. Saat gema kembali, sistem menghentikan penghitungan waktu dan menghitung jarak satu arah.
Jika s adalah jarak antara sensor dan target yang diukur, t adalah waktu pulang pergi yang diukur, dan v adalah kecepatan rambat bunyi, rumus jaraknya adalah:
s = v × t / 2
Pembagian dengan 2 diperlukan karena pulsa ultrasonik bergerak dari sensor ke target dan kemudian kembali dari target ke sensor. Waktu yang diukur adalah total waktu perjalanan pulang pergi, bukan waktu perjalanan satu arah.
Untuk pengukuran jarak ultrasonik dengan akurasi tinggi, kompensasi suhu penting karena kecepatan suara di udara berubah seiring suhu. Udara hangat meningkatkan kecepatan suara, sedangkan udara dingin menurunkannya.
Rumus kompensasi suhu yang umum digunakan adalah:
v = 331,4 + 0,607T
Dalam rumus ini, T adalah suhu lingkungan dalam °C, dan v adalah cepat rambat bunyi dalam m/s. Menambahkan kompensasi suhu dapat mengurangi kesalahan pengukuran, terutama di lingkungan luar ruangan, industri, atau suhu variabel.
| Metode | Cara Kerja | Penggunaan Terbaik |
|---|---|---|
| Metode waktu penerbangan | Mengukur waktu antara transmisi ultrasonik dan penerimaan gema. | Pengukuran jarak, deteksi hambatan, pengukuran level cairan. |
| Metode deteksi fase | Menghitung jarak dari perbedaan fasa antara gelombang yang dipancarkan dan diterima. | Sistem pengukuran jarak pendek dan resolusi lebih tinggi. |
| Metode amplitudo gema | Menganalisis kekuatan sinyal ultrasonik yang dipantulkan. | Deteksi target, analisis refleksi material, penilaian kualitas sinyal. |
| Faktor | pada | Tip Optimasi Pengukuran |
|---|---|---|
| Suhu | Mengubah kecepatan suara dan menyebabkan kesalahan jarak. | Gunakan kompensasi suhu dalam algoritma kontrol. |
| Zona buta | Target yang sangat dekat mungkin tidak terdeteksi dengan benar karena dering transduser. | Pilih sensor ultrasonik area buta kecil untuk pengukuran jarak pendek. |
| Sudut sasaran | Permukaan yang miring mungkin memantulkan gema menjauh dari penerima. | Jaga agar sensor tetap tegak lurus terhadap permukaan target. |
| Bahan sasaran | Bahan yang lembut, berpori, atau menyerap suara mengurangi kekuatan gema. | Uji materi target sebenarnya selama validasi produk. |
| Kebisingan lingkungan | Sumber atau getaran ultrasonik lainnya dapat menyebabkan pembacaan yang salah. | Gunakan pemfilteran, pelindung, dan logika pengambilan sampel yang sesuai. |
| Air, debu dan korosi | Lingkungan yang keras dapat mengurangi umur sensor dan kualitas sinyal. | Gunakan sensor ultrasonik tahan air dan tahan korosi bila diperlukan. |
Struktur jangkauan ultrasonik yang umum menggunakan satu kepala pemancar dan satu kepala penerima. Pemancar memancarkan gelombang ultrasonik, dan penerima mendeteksi gema yang dipantulkan. Struktur ini sederhana dan cocok untuk banyak aplikasi pengukuran jarak umum.
Beberapa sistem menggunakan beberapa kepala transmisi dengan satu kepala penerima, atau beberapa modul sensor yang disusun dalam sebuah array. Desain ini dapat meningkatkan cakupan deteksi, mengurangi titik buta, dan mendukung skenario pengukuran yang lebih kompleks seperti navigasi robot atau deteksi level cairan multi-titik.
Radar pembalik mobil dan sistem bantuan parkir.
Penghindaran rintangan robot dan navigasi otomatis.
Pengukuran level cairan dalam tangki, kontainer, dan peralatan industri.
Kedalaman sumur, panjang pipa, dan pengukuran lokasi konstruksi.
Deteksi objek pada peralatan otomasi dan jalur produksi.
Penginderaan jarak tahan air di lingkungan luar ruangan atau lembab.
Sensor jangkauan ultrasonik populer karena mendukung pengukuran non-kontak, memiliki prinsip kerja sederhana, dan dapat mendeteksi banyak target padat dan cair tanpa memandang warna atau transparansi. Solusi ini juga hemat biaya dibandingkan dengan beberapa solusi pengukuran optik atau laser.
Dengan sensor ultrasonik sudut kecil dan zona buta kecil, sistem ini dapat mencapai pengukuran yang lebih akurat di ruang padat. Desain kedap air dan tahan korosi juga membuat sensor ultrasonik berguna pada aplikasi tingkat cairan, luar ruangan, dan industri.
Prinsip pengukuran jarak ultrasonik adalah mengirimkan gelombang ultrasonik menuju suatu sasaran, menerima pantulan gema, mengukur waktu pulang pergi, dan menghitung jarak menggunakan kecepatan suara. Rumus dasarnya adalah s = v × t / 2.
Untuk jangkauan ultrasonik yang lebih akurat, perancang harus mempertimbangkan kompensasi suhu, zona buta, sudut target, refleksi material, kebisingan lingkungan, dan pemasangan sensor. Pemilihan sensor dan pemrosesan sinyal yang benar dapat meningkatkan stabilitas pengukuran dalam aplikasi nyata.
Metode jangkauan sensor ultrasonik mengukur jarak dengan mengirimkan pulsa ultrasonik, menerima gema yang dipantulkan, dan menghitung jarak dari waktu tempuh suara. Ini juga disebut waktu penerbangan ultrasonik atau rentang gema.
Rumus dasar jarak ultrasonik adalah s = v × t / 2 . Dalam rumus ini, s adalah jarak, v adalah kecepatan suara, dan t adalah waktu bolak-balik pulsa ultrasonik yang diukur.
Sensor mengukur total waktu gelombang ultrasonik untuk mencapai objek dan kembali. Karena ini perjalanan pulang pergi maka hasilnya harus dibagi 2 untuk mendapatkan jarak satu arah antara sensor dan target.
Suhu mengubah kecepatan suara di udara. Jika suhu berubah tetapi sistem masih menggunakan kecepatan suara tetap, maka jarak yang dihitung akan mengalami kesalahan. Kompensasi suhu membantu meningkatkan akurasi jangkauan ultrasonik.
Zona buta adalah jarak minimum dimana sensor tidak dapat mengukur dengan andal. Biasanya disebabkan oleh dering transduser setelah transmisi. Untuk deteksi jarak pendek, pilih sensor ultrasonik dengan area buta kecil.
Permukaan yang lembut, berpori, menyerap suara, sangat tipis, atau bersudut tajam dapat mengurangi kekuatan gema. Busa, kain, dan benda miring dapat menyebabkan pembacaan jarak ultrasonik lemah atau tidak stabil.
Sensor jangkauan ultrasonik biasanya digunakan dalam sensor parkir, penghindar rintangan robot, pengukuran ketinggian cairan, otomasi industri, pengukuran konstruksi, deteksi pipa, dan sistem pengukuran jarak non-kontak.
