Visualizzazioni: 352 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2020-05-22 Origine: Sito
Nella produzione e nella vita quotidiana, I sensori di rilevamento a ultrasuoni sono ampiamente utilizzati per il radar di retromarcia delle automobili, per evitare gli ostacoli dei robot, per la misurazione di costruzioni, per il rilevamento del livello di liquidi, per la misurazione della profondità di pozzi, per la misurazione della lunghezza delle tubazioni e altre applicazioni di misurazione della distanza senza contatto.
Il metodo principale del sensore a ultrasuoni è la misurazione del tempo di volo. Il sensore emette un impulso ultrasonico, riceve l'eco riflesso da un bersaglio, misura il tempo di andata e ritorno e calcola la distanza dalla velocità del suono.
I comuni sistemi di rilevamento a ultrasuoni sono generalmente basati su un microcomputer a chip singolo, un controller incorporato o CPLD. Indipendentemente dalla piattaforma di controllo utilizzata, il progetto di base deve prima comprendere la portata dell'eco ultrasonico, la velocità del suono, la compensazione della temperatura, la zona cieca e le condizioni di riflessione del target.
Un sensore a ultrasuoni converte i segnali elettrici in onde ultrasoniche e riconverte gli echi ultrasonici ricevuti in segnali elettrici. Le onde ultrasoniche sono onde meccaniche con frequenze superiori a 20kHz. Hanno una forte direzionalità, una lenta perdita di energia e una distanza di propagazione relativamente lunga in aria, liquidi o mezzi solidi.
Quando un'onda ultrasonica raggiunge un ostacolo, un'interfaccia, una superficie liquida o un bersaglio solido, parte dell'onda viene riflessa come eco. L'elemento ricevente rileva questa eco e il circuito di controllo calcola la distanza dal tempo di viaggio misurato.
Poiché la misurazione della distanza a ultrasuoni è senza contatto, a basso costo e adattabile a molti materiali, fornisce un utile equilibrio tra risposta in tempo reale, precisione, affidabilità e prezzo.
Il metodo di misurazione a ultrasuoni più comune è il metodo di rilevamento del tempo di andata e ritorno, chiamato anche misurazione del tempo di volo o ToF. Il sensore invia un impulso ultrasonico in una direzione e avvia il cronometraggio. Quando l'eco ritorna, il sistema interrompe il cronometraggio e calcola la distanza di sola andata.
Se s è la distanza tra il sensore e il bersaglio misurato, t è il tempo di andata e ritorno misurato e v è la velocità di propagazione del suono, la formula della distanza è:
s = v × t / 2
La divisione per 2 è necessaria perché l'impulso ultrasonico viaggia dal sensore al bersaglio e poi ritorna dal bersaglio al sensore. Il tempo misurato è il tempo totale di andata e ritorno, non il tempo di viaggio di sola andata.
Per la misurazione della distanza a ultrasuoni ad alta precisione, la compensazione della temperatura è importante perché la velocità del suono nell'aria cambia con la temperatura. L’aria calda aumenta la velocità del suono, mentre l’aria fredda la diminuisce.
Una formula di compensazione della temperatura comunemente usata è:
v = 331,4 + 0,607T
In questa formula, T è la temperatura ambiente in °C e v è la velocità del suono in m/s. L'aggiunta della compensazione della temperatura può ridurre gli errori di misurazione, soprattutto in ambienti esterni, industriali o a temperatura variabile.
| Metodo | Come funziona | Miglior utilizzo |
|---|---|---|
| Metodo del tempo di volo | Misura il tempo che intercorre tra la trasmissione degli ultrasuoni e la ricezione dell'eco. | Misurazione della distanza, rilevamento degli ostacoli, misurazione del livello dei liquidi. |
| Metodo di rilevamento di fase | Calcola la distanza dalla differenza di fase tra le onde emesse e ricevute. | Sistemi di misura a corto raggio e ad alta risoluzione. |
| Metodo dell'ampiezza dell'eco | Analizza la forza del segnale ultrasonico riflesso. | Rilevamento del target, analisi della riflessione del materiale, giudizio sulla qualità del segnale. |
| fattore di precisione del sensore a ultrasuoni | Effetto sulla | punta per l'ottimizzazione della misurazione |
|---|---|---|
| Temperatura | Modifica la velocità del suono e causa errori di distanza. | Utilizzare la compensazione della temperatura nell'algoritmo di controllo. |
| Zona cieca | I target molto vicini potrebbero non essere rilevati correttamente a causa del suono del trasduttore. | Scegli un sensore a ultrasuoni per piccola area cieca per misurazioni a corto raggio. |
| Angolo di destinazione | Le superfici angolate potrebbero riflettere l'eco lontano dal ricevitore. | Mantenere il sensore il più perpendicolare possibile alla superficie target. |
| Materiale di destinazione | I materiali morbidi, porosi o fonoassorbenti riducono l'intensità dell'eco. | Testare il materiale target effettivo durante la convalida del prodotto. |
| Rumore ambientale | Altre fonti di ultrasuoni o vibrazioni potrebbero causare letture errate. | Utilizzare filtraggio, schermatura e logica di campionamento adeguata. |
| Acqua, polvere e corrosione | Gli ambienti difficili possono ridurre la durata del sensore e la qualità del segnale. | Utilizzare sensori a ultrasuoni impermeabili e resistenti alla corrosione quando necessario. |
Una comune struttura di rilevamento a ultrasuoni utilizza una testa trasmittente e una testa ricevente. Il trasmettitore emette onde ultrasoniche e il ricevitore rileva l'eco riflesso. Questa struttura è semplice e adatta a molte applicazioni generali di misurazione della distanza.
Alcuni sistemi utilizzano più teste trasmittenti con una testa ricevente o più moduli sensore disposti in serie. Questo design può migliorare la copertura del rilevamento, ridurre i punti ciechi e supportare scenari di misurazione più complessi come la navigazione del robot o il rilevamento del livello di liquidi multipunto.
Radar di retromarcia per auto e sistemi di assistenza al parcheggio.
Evitamento degli ostacoli del robot e navigazione automatica.
Misura del livello di liquidi in serbatoi, contenitori e apparecchiature industriali.
Misurazione della profondità del pozzo, della lunghezza della tubazione e del cantiere.
Rilevamento di oggetti in apparecchiature di automazione e linee di produzione.
Rilevamento della distanza impermeabile in ambienti esterni o umidi.
I sensori di portata a ultrasuoni sono popolari perché supportano la misurazione senza contatto, hanno un principio di funzionamento semplice e possono rilevare molti target solidi e liquidi indipendentemente dal colore o dalla trasparenza. Sono anche convenienti rispetto ad alcune soluzioni di misurazione ottica o laser.
Con un sensore a ultrasuoni ad angolo ridotto e con zona cieca ridotta, il sistema può ottenere misurazioni più accurate in spazi compatti. Il design impermeabile e resistente alla corrosione rende i sensori a ultrasuoni utili anche nelle applicazioni industriali, all'aperto e di livello dei liquidi.
Il principio della misurazione della distanza a ultrasuoni consiste nell'inviare onde ultrasoniche verso un bersaglio, ricevere l'eco riflesso, misurare il tempo di andata e ritorno e calcolare la distanza utilizzando la velocità del suono. La formula di base è s = v × t / 2.
Per una misurazione ultrasonica più accurata, i progettisti dovrebbero considerare la compensazione della temperatura, la zona cieca, l'angolo target, la riflessione del materiale, il rumore ambientale e l'installazione del sensore. La corretta selezione del sensore e l'elaborazione del segnale possono migliorare la stabilità della misurazione nelle applicazioni reali.
Il metodo del sensore a ultrasuoni misura la distanza inviando un impulso ultrasonico, ricevendo l'eco riflesso e calcolando la distanza dal tempo di percorrenza del suono. Questo è anche chiamato tempo di volo ultrasonico o portata dell'eco.
La formula base della distanza ultrasonica è s = v × t / 2 . In questa formula, s è la distanza, v è la velocità del suono e t è il tempo di andata e ritorno misurato dell'impulso ultrasonico.
Il sensore misura il tempo totale impiegato dall'onda ultrasonica per raggiungere l'oggetto e ritornare. Poiché si tratta di un viaggio di andata e ritorno, il risultato deve essere diviso per 2 per ottenere la distanza di sola andata tra il sensore e il target.
La temperatura modifica la velocità del suono nell'aria. Se la temperatura cambia ma il sistema utilizza ancora una velocità del suono fissa, la distanza calcolata presenterà un errore. La compensazione della temperatura aiuta a migliorare la precisione della portata ultrasonica.
La zona cieca è la distanza minima alla quale il sensore non può effettuare misurazioni affidabili. Di solito è causato dallo squillo del trasduttore dopo la trasmissione. Per il rilevamento a corto raggio, scegli un sensore a ultrasuoni con una piccola area cieca.
Superfici morbide, porose, fonoassorbenti, molto sottili o con angoli netti possono ridurre l'intensità dell'eco. Schiuma, tessuto e oggetti angolati possono causare letture della distanza ultrasonica deboli o instabili.
I sensori a ultrasuoni sono comunemente utilizzati nei sensori di parcheggio, nell'elusione degli ostacoli dei robot, nella misurazione del livello dei liquidi, nell'automazione industriale, nella misurazione delle costruzioni, nel rilevamento delle condutture e nei sistemi di misurazione della distanza senza contatto.
