Dilihat: 110 Penulis: Grace Waktu Publikasi: 25-06-2021 Asal: Lokasi
Sensor ultrasonik adalah perangkat yang menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi untuk mendeteksi objek, mengukur jarak, atau memantau pergerakan. Mereka mengubah sinyal listrik menjadi gelombang ultrasonik dan kemudian mengubah gema yang dipantulkan kembali menjadi sinyal listrik untuk pengukuran dan kontrol.
Gelombang ultrasonik adalah gelombang suara mekanis dengan frekuensi lebih tinggi dari 20kHz. Karena gelombang ultrasonik memiliki panjang gelombang pendek, arah yang baik, dan perambatan yang relatif stabil di udara, gelombang ultrasonik banyak digunakan dalam pengukuran jarak, deteksi objek, penginderaan ketinggian cairan, sensor parkir, robotika, dan otomasi industri.
Sensor jarak ultrasonik pada umumnya menggunakan pemancar untuk memancarkan gelombang suara dan penerima untuk menangkap gelombang pantulan. Dengan mengukur waktu antara transmisi dan penerimaan gema, sensor dapat menghitung jarak dari sensor ke objek target.
Sensor ultrasonik adalah sensor non-kontak yang menggunakan ultrasonik untuk mendeteksi keberadaan, jarak, posisi, atau pergerakan suatu benda. Ini dapat berfungsi sebagai sensor jarak ultrasonik, sensor pendeteksi objek, sensor level cairan, atau sensor jarak tergantung pada desain sirkuit dan aplikasinya.
Di banyak sensor ultrasonik 40kHz, transduser keramik digunakan untuk menghasilkan dan menerima gelombang ultrasonik. Pemancar mengirimkan pulsa ultrasonik, dan penerima mendeteksi gema yang dipantulkan oleh target. Rangkaian sensor kemudian memproses sinyal gema dan mengeluarkan data jarak atau deteksi.
Sepasang sensor ultrasonik dapat dibuat menjadi pemancar dan penerima terpisah, atau kedua fungsi tersebut dapat ditanamkan dalam satu unit transceiver. Gambar di bawah menunjukkan komponen pemancar dan penerima ultrasonik Manorshi 40kHz. Produk sensor ultrasonik lainnya tersedia di Sensor Ultrasonik Manorshi.
Prinsip kerja sensor ultrasonik didasarkan pada transmisi gelombang suara, refleksi, dan deteksi gema. Sensor memancarkan pulsa ultrasonik menuju target. Ketika gelombang suara mencapai permukaan benda, sebagian gelombang tersebut dipantulkan kembali ke penerima.
Sensor mengukur waktu tempuh gema, juga disebut waktu penerbangan. Karena cepat rambat bunyi di udara diketahui, maka jaraknya dapat dihitung dari waktu pulang pergi gelombang ultrasonik.
Jarak = Kecepatan Suara × Waktu Gema / 2
Hasilnya dibagi 2 karena gelombang suara merambat dari sensor ke objek lalu kembali lagi dari objek ke sensor. Waktu gema yang diukur adalah waktu pulang pergi, bukan waktu satu arah.
| Langkah | Apa yang Terjadi |
|---|---|
| 1. Masukan sinyal listrik | Sirkuit ini menerapkan sinyal listrik ke pemancar ultrasonik. |
| 2. Emisi gelombang ultrasonik | Transduser piezoelektrik bergetar dan memancarkan gelombang ultrasonik. |
| 3. Refleksi gema | Gelombang tersebut dipantulkan ketika bertemu dengan suatu benda, permukaan cairan, atau antarmuka. |
| 4. Penerimaan gema | Penerima mendeteksi gelombang ultrasonik yang dipantulkan. |
| 5. Perhitungan sinyal | Sirkuit kontrol menghitung jarak dari waktu penerbangan. |
Sebuah Pemancar ultrasonik biasanya menggunakan kristal keramik piezoelektrik yang dipasang pada pelat getaran logam atau resonator. Ketika tegangan listrik bolak-balik diterapkan pada elemen piezoceramic, elemen tersebut mengembang dan berkontraksi dengan cepat.
Getaran mekanis ini menghasilkan gelombang ultrasonik. Resonator dan housing membantu mengarahkan energi akustik ke depan, sehingga gelombang suara yang dipancarkan bergerak sebagai pancaran terarah daripada menyebar secara merata ke segala arah.
Penerima ultrasonik bekerja dengan cara sebaliknya. Ketika gelombang ultrasonik yang dipantulkan mencapai penerima, pelat getaran bergerak. Getaran ini ditransfer ke piringan keramik piezoelektrik.
Karena efek piezoelektrik, elemen keramik menghasilkan sinyal listrik ketika diberi tekanan mekanis. Rangkaian sensor memperkuat dan memproses sinyal lemah ini untuk menentukan apakah gema telah kembali dan berapa lama gema tersebut tiba.
Singkatnya, sensor ultrasonik dapat mengirimkan dan menerima gelombang ultrasonik. Saat transmisi, mereka mengubah energi listrik menjadi getaran ultrasonik. Saat menerima gema, mereka mengubah getaran ultrasonik menjadi sinyal listrik. Inilah sebabnya mengapa mereka juga disebut transduser ultrasonik.
Karena elemen piezoelektrik biasanya berbentuk lingkaran, gelombang ultrasonik yang dipancarkan memiliki pola pancaran terarah. Penampang berkas seringkali mirip dengan elips, sehingga jangkauan deteksi dibatasi oleh sudut, frekuensi, ukuran transduser, daya akustik, dan pantulan target.
Untuk beberapa desain sensor ultrasonik, sudut deteksi horizontal bisa lebih lebar daripada sudut deteksi vertikal. Misalnya, sebuah sensor mungkin memiliki sudut pancaran horizontal sekitar 120 derajat dan sudut pancaran vertikal sekitar 60 derajat, bergantung pada struktur dan aplikasi. Pengaruh
| Faktor Kinerja | terhadap Kerja Sensor |
|---|---|
| Frekuensi | Frekuensi yang lebih rendah bergerak lebih jauh, sedangkan frekuensi yang lebih tinggi dapat memberikan resolusi yang lebih baik pada rentang yang lebih pendek. |
| Sudut balok | Sinar sempit meningkatkan deteksi arah; sinar lebar mencakup lebih banyak area. |
| Permukaan sasaran | Permukaan datar dan keras memantulkan gelombang ultrasonik lebih baik daripada permukaan lunak, bersudut, atau berpori. |
| Suhu | Suhu mengubah kecepatan suara dan dapat mempengaruhi akurasi jarak. |
| Lingkungan | Debu, kelembapan, angin, busa, getaran, dan sumber ultrasonik lainnya dapat mempengaruhi kualitas sinyal. |
Struktur sederhana dan manufaktur yang nyaman.
Pengukuran jarak non-kontak tanpa menyentuh objek target.
Kurang terpengaruh oleh warna target, transparansi, atau cahaya sekitar dibandingkan sensor optik.
Cocok untuk mendeteksi objek transparan, permukaan mengkilap, level cairan, dan banyak material padat.
Tidak mudah terganggu oleh medan elektromagnetik lingkungan biasa.
Dapat dirancang sebagai tipe terbuka, tipe tahan air, tipe frekuensi tinggi, pemancar, penerima, atau transceiver terintegrasi.
| Jenis | Deskripsi | Penggunaan Khas |
|---|---|---|
| Pemancar ultrasonik | Mengubah sinyal listrik menjadi gelombang ultrasonik. | Modul jarak, perangkat repeller, sistem penginderaan. |
| Penerima ultrasonik | Mengubah gema ultrasonik menjadi sinyal listrik. | Deteksi gema dan sirkuit penerima sinyal. |
| Pemancar ultrasonik | Menggabungkan fungsi transmisi dan penerimaan dalam satu unit. | Sensor jarak ringkas dan modul pendeteksi objek. |
| Sensor ultrasonik tahan air | Menggunakan wadah tertutup untuk lingkungan lembab, luar ruangan, atau yang berhubungan dengan cairan. | Sensor parkir, jangkauan luar ruangan, penginderaan level tangki. |
| Sensor ultrasonik frekuensi tinggi | Menggunakan frekuensi yang lebih tinggi untuk resolusi yang lebih baik pada rentang yang lebih pendek. | Deteksi presisi, medis, inspeksi industri. |
Sensor ultrasonik digunakan dimanapun pengukuran non-kontak diperlukan. Mereka sangat berguna ketika sensor optik mungkin terpengaruh oleh warna, cahaya, transparansi, debu, atau silau.
Sensor parkir mobil dan radar mundur.
Penghindaran dan navigasi rintangan robot.
Pengukuran level cairan dalam tangki dan wadah.
Otomasi industri dan deteksi objek.
Tempat sampah pintar, pintu otomatis, dan deteksi keberadaan.
Pengukuran aliran, deteksi kebocoran, dan pengujian non-destruktif dalam sistem khusus.
Meskipun sensor ultrasonik dapat diandalkan dalam banyak aplikasi, sensor ini tidak cocok untuk setiap target atau lingkungan. Benda yang lembut, berpori, bersudut, sangat kecil, atau menyerap suara dapat menghasilkan gema yang lemah. Busa, turbulensi, pergerakan udara yang kuat, dan perubahan suhu juga dapat mempengaruhi keakuratan pengukuran.
Untuk pengukuran jarak ultrasonik yang akurat, insinyur harus memilih frekuensi, sudut pancaran, jenis sensor, posisi pemasangan, dan metode kompensasi yang benar. Di lingkungan yang keras, sensor ultrasonik tahan air atau tersegel biasanya lebih disukai.
Sensor ultrasonik bekerja dengan mentransmisikan gelombang suara berfrekuensi tinggi dan menerima gema yang dipantulkan. Jarak dihitung dari waktu gema dan kecepatan suara menggunakan prinsip time-of-flight.
Karena sensor ultrasonik bersifat non-kontak, tidak peka terhadap warna dan cahaya, dan cocok untuk banyak target padat dan cair, sensor ini banyak digunakan dalam pengukuran jarak, deteksi objek, penginderaan ketinggian cairan, sistem otomotif, dan otomasi industri.
Sensor ultrasonik mengukur jarak dengan memancarkan pulsa suara, menerima pantulan gema, dan menghitung jarak dari waktu gema. Rumus dasarnya adalah jarak = kecepatan bunyi × waktu / 2.
Pemancar ultrasonik mengubah energi listrik menjadi gelombang suara ultrasonik. Penerima ultrasonik mengubah gelombang ultrasonik yang dipantulkan menjadi sinyal listrik. Beberapa transduser ultrasonik dapat menjalankan kedua fungsi tersebut dalam satu komponen.
Sensor ultrasonik 40kHz umum digunakan karena menawarkan keseimbangan praktis antara jangkauan, sensitivitas, ukuran komponen, konsumsi daya, dan biaya. Mereka banyak digunakan dalam modul jangkauan, deteksi objek, dan sistem sensor parkir.
Ya. Karena sensor ultrasonik menggunakan gelombang suara dan bukan cahaya, mereka dapat mendeteksi banyak objek transparan yang sulit dilakukan oleh sensor optik. Hasil sebenarnya bergantung pada bentuk objek, sudut, ukuran, dan pantulan akustik.
Akurasi dapat dipengaruhi oleh suhu, kelembaban, angin, sudut target, material target, kekasaran permukaan, keselarasan sensor, sudut pancaran, kebisingan lingkungan, dan gangguan gema dari objek terdekat.
Sensor ultrasonik umumnya tidak terpengaruh oleh cahaya tampak atau warna objek karena menggunakan gelombang suara. Hal ini membuatnya berguna untuk lingkungan gelap, target transparan, permukaan mengkilap, dan aplikasi di mana sensor optik mungkin tidak dapat diandalkan.
Sensor jarak ultrasonik digunakan dalam radar pembalik mobil, robot penghindar rintangan, pengukuran ketinggian cairan, otomasi industri, tempat sampah pintar, pintu otomatis, sistem parkir, dan peralatan deteksi non-kontak.
