Visualizzazioni: 110 Autore: Grace Orario di pubblicazione: 25/06/2021 Origine: Sito
I sensori a ultrasuoni sono dispositivi che utilizzano onde sonore ad alta frequenza per rilevare oggetti, misurare la distanza o monitorare il movimento. Convertono i segnali elettrici in onde ultrasoniche e poi riconvertono gli echi riflessi in segnali elettrici per la misurazione e il controllo.
Un'onda ultrasonica è un'onda sonora meccanica con una frequenza superiore a 20kHz. Poiché le onde ultrasoniche hanno una lunghezza d'onda corta, una buona direzionalità e una propagazione relativamente stabile nell'aria, sono ampiamente utilizzate nella misurazione della distanza, nel rilevamento di oggetti, nel rilevamento del livello di liquidi, nei sensori di parcheggio, nella robotica e nell'automazione industriale.
Un tipico sensore di distanza a ultrasuoni utilizza un trasmettitore per emettere onde sonore e un ricevitore per catturare l'onda riflessa. Misurando il tempo che intercorre tra la trasmissione e la ricezione dell'eco, il sensore può calcolare la distanza dal sensore all'oggetto target.
Un sensore a ultrasuoni è un sensore senza contatto che utilizza gli ultrasuoni per rilevare la presenza, la distanza, la posizione o il movimento di un oggetto. Può funzionare come sensore di distanza a ultrasuoni, sensore di rilevamento oggetti, sensore di livello del liquido o sensore di prossimità a seconda del design e dell'applicazione del circuito.
In molti sensori a ultrasuoni da 40kHz, viene utilizzato un trasduttore ceramico per generare e ricevere onde ultrasoniche. Il trasmettitore invia un impulso ultrasonico e il ricevitore rileva l'eco riflesso dal bersaglio. Il circuito del sensore elabora quindi il segnale dell'eco e fornisce i dati sulla distanza o sul rilevamento.
Una coppia di sensori a ultrasuoni può essere costituita da un trasmettitore e un ricevitore separati oppure entrambe le funzioni possono essere integrate in un'unica unità ricetrasmettitore. L'immagine seguente mostra i componenti del trasmettitore e del ricevitore a ultrasuoni Manorshi da 40 kHz. Altri prodotti con sensori a ultrasuoni sono disponibili su Sensore ad ultrasuoni Manorshi.
Il principio di funzionamento di un sensore a ultrasuoni si basa sulla trasmissione, riflessione e rilevamento dell'eco delle onde sonore. Il sensore emette un impulso ultrasonico verso un bersaglio. Quando l'onda sonora raggiunge la superficie dell'oggetto, parte dell'onda viene riflessa verso il ricevitore.
Il sensore misura il tempo di percorrenza dell'eco, chiamato anche tempo di volo. Poiché la velocità del suono nell'aria è nota, la distanza può essere calcolata dal tempo di andata e ritorno dell'onda ultrasonica.
Distanza = Velocità del suono × Tempo di eco / 2
Il risultato è diviso per 2 perché l'onda sonora viaggia dal sensore all'oggetto e poi ritorna dall'oggetto al sensore. Il tempo di eco misurato è un tempo di andata e ritorno, non di sola andata.
| Passo | Cosa succede |
|---|---|
| 1. Ingresso segnale elettrico | Il circuito applica un segnale elettrico al trasmettitore a ultrasuoni. |
| 2. Emissione di onde ultrasoniche | Il trasduttore piezoelettrico vibra ed emette onde ultrasoniche. |
| 3. Riflessione dell'eco | L'onda si riflette quando incontra un oggetto, una superficie liquida o un'interfaccia. |
| 4. Ricezione dell'eco | Il ricevitore rileva l'onda ultrasonica riflessa. |
| 5. Calcolo del segnale | Il circuito di controllo calcola la distanza dal tempo di volo. |
UN il trasmettitore a ultrasuoni utilizza solitamente un cristallo ceramico piezoelettrico collegato a una piastra vibrante o risonatore metallico. Quando viene applicata una tensione elettrica alternata all'elemento piezoceramico, questo si espande e si contrae rapidamente.
Questa vibrazione meccanica genera onde ultrasoniche. Il risonatore e l'alloggiamento aiutano a dirigere l'energia acustica in avanti, in modo che l'onda sonora emessa viaggi come un raggio direzionale anziché diffondersi equamente in tutte le direzioni.
Un ricevitore a ultrasuoni funziona in modo opposto. Quando un'onda ultrasonica riflessa raggiunge il ricevitore, la pedana vibrante si muove. Questa vibrazione viene trasferita al disco ceramico piezoelettrico.
A causa dell'effetto piezoelettrico, l'elemento ceramico genera un segnale elettrico quando viene sollecitato meccanicamente. Il circuito del sensore amplifica ed elabora questo debole segnale per determinare se è ritornata un'eco e quanto tempo ha impiegato l'eco ad arrivare.
In breve, i sensori a ultrasuoni possono sia trasmettere che ricevere onde ultrasoniche. Durante la trasmissione convertono l'energia elettrica in vibrazioni ultrasoniche. Quando ricevono gli echi, convertono le vibrazioni ultrasoniche in segnali elettrici. Per questo vengono chiamati anche trasduttori ultrasonici.
Poiché l'elemento piezoelettrico è solitamente circolare, l'onda ultrasonica emessa ha un fascio direzionale. La sezione trasversale del raggio è spesso simile a un'ellisse, quindi il campo di rilevamento è limitato dall'angolo, dalla frequenza, dalle dimensioni del trasduttore, dalla potenza acustica e dalla riflessione del target.
Per alcuni modelli di sensori a ultrasuoni, l'angolo di rilevamento orizzontale può essere più ampio dell'angolo di rilevamento verticale. Ad esempio, un sensore può avere un angolo del fascio orizzontale di circa 120 gradi e un angolo del fascio verticale di circa 60 gradi, a seconda della struttura e dell'applicazione. Effetto
| del fattore di prestazione | sul lavoro del sensore |
|---|---|
| Frequenza | Le frequenze più basse viaggiano più lontano, mentre le frequenze più alte possono fornire una migliore risoluzione a distanze più brevi. |
| Angolo del fascio | Un raggio stretto migliora il rilevamento direzionale; un raggio ampio copre un'area maggiore. |
| Superficie bersaglio | Le superfici piane e dure riflettono gli ultrasuoni meglio delle superfici morbide, angolate o porose. |
| Temperatura | La temperatura modifica la velocità del suono e può influire sulla precisione della distanza. |
| Ambiente | Polvere, umidità, vento, schiuma, vibrazioni e altre fonti di ultrasuoni possono influire sulla qualità del segnale. |
Struttura semplice e produzione conveniente.
Misurazione della distanza senza contatto senza toccare l'oggetto target.
Meno influenzato dal colore target, dalla trasparenza o dalla luce ambientale rispetto ai sensori ottici.
Adatto per rilevare oggetti trasparenti, superfici lucide, livelli di liquidi e molti materiali solidi.
Non facilmente disturbato dai normali campi elettromagnetici ambientali.
Può essere progettato come tipo aperto, tipo impermeabile, tipo ad alta frequenza, trasmettitore, ricevitore o ricetrasmettitore integrato.
| Tipo | Descrizione | Uso tipico |
|---|---|---|
| Trasmettitore ad ultrasuoni | Converte i segnali elettrici in onde ultrasoniche. | Moduli di distanza, dispositivi repulsori, sistemi di rilevamento. |
| Ricevitore ad ultrasuoni | Converte gli echi ultrasonici in segnali elettrici. | Circuiti per il rilevamento dell'eco e la ricezione del segnale. |
| Ricetrasmettitore ad ultrasuoni | Combina le funzioni di trasmissione e ricezione in un'unica unità. | Sensori di distanza compatti e moduli di rilevamento oggetti. |
| Sensore ultrasonico impermeabile | Utilizza custodia sigillata per ambienti umidi, esterni o contenenti liquidi. | Sensori di parcheggio, rilevamento all'aperto, rilevamento del livello del serbatoio. |
| Sensore ad ultrasuoni ad alta frequenza | Utilizza una frequenza più alta per una migliore risoluzione a distanze più brevi. | Rilevamento di precisione, ispezione medica e industriale. |
I sensori a ultrasuoni vengono utilizzati ovunque sia necessaria una misurazione senza contatto. Sono particolarmente utili quando i sensori ottici possono essere influenzati da colore, luce, trasparenza, polvere o abbagliamento.
Sensori di parcheggio e radar di retromarcia.
Evitamento e navigazione degli ostacoli del robot.
Misura del livello di liquidi in serbatoi e contenitori.
Automazione industriale e rilevamento oggetti.
Cestini intelligenti, porte automatiche e rilevamento della presenza.
Misurazione del flusso, rilevamento delle perdite e controlli non distruttivi in sistemi specializzati.
Sebbene i sensori a ultrasuoni siano affidabili in molte applicazioni, non sono adatti a ogni target o ambiente. Oggetti morbidi, porosi, angolati, molto piccoli o che assorbono il suono possono restituire echi deboli. Anche schiuma, turbolenza, forti movimenti d'aria e cambiamenti di temperatura possono influire sulla precisione della misurazione.
Per una misurazione accurata della distanza a ultrasuoni, gli ingegneri dovrebbero scegliere la frequenza, l'angolo del fascio, il tipo di sensore, la posizione di installazione e il metodo di compensazione corretti. In ambienti difficili, solitamente si preferiscono sensori a ultrasuoni impermeabili o sigillati.
I sensori a ultrasuoni funzionano trasmettendo onde sonore ad alta frequenza e ricevendo gli echi riflessi. La distanza viene calcolata dal tempo dell'eco e dalla velocità del suono utilizzando il principio del tempo di volo.
Poiché i sensori a ultrasuoni sono senza contatto, insensibili al colore e alla luce e adatti a molti target solidi e liquidi, sono ampiamente utilizzati nella misurazione della distanza, nel rilevamento di oggetti, nel rilevamento del livello di liquidi, nei sistemi automobilistici e nell'automazione industriale.
I sensori a ultrasuoni misurano la distanza emettendo un impulso sonoro, ricevendo l'eco riflesso e calcolando la distanza dal tempo dell'eco. La formula di base è distanza = velocità del suono × tempo / 2.
Un trasmettitore a ultrasuoni converte l'energia elettrica in onde sonore ultrasoniche. Un ricevitore a ultrasuoni converte le onde ultrasoniche riflesse in segnali elettrici. Alcuni trasduttori a ultrasuoni possono svolgere entrambe le funzioni in un unico componente.
I sensori a ultrasuoni da 40 kHz sono comuni perché offrono un equilibrio pratico tra portata, sensibilità, dimensioni dei componenti, consumo energetico e costi. Sono ampiamente utilizzati nei moduli di rilevamento, nel rilevamento di oggetti e nei sistemi di sensori di parcheggio.
SÌ. Poiché i sensori a ultrasuoni utilizzano onde sonore anziché luminose, possono rilevare molti oggetti trasparenti che risultano difficili per i sensori ottici. Il risultato effettivo dipende dalla forma, dall'angolo, dalle dimensioni e dalla riflessione acustica dell'oggetto.
La precisione può essere influenzata da temperatura, umidità, vento, angolo del target, materiale del target, ruvidità della superficie, allineamento del sensore, angolo del raggio, rumore ambientale e interferenze eco provenienti da oggetti vicini.
I sensori a ultrasuoni generalmente non sono influenzati dalla luce visibile o dal colore degli oggetti perché utilizzano onde sonore. Ciò li rende utili per ambienti bui, target trasparenti, superfici lucide e applicazioni in cui i sensori ottici potrebbero essere inaffidabili.
I sensori di distanza a ultrasuoni vengono utilizzati nei radar di retromarcia delle automobili, nell'elusione degli ostacoli dei robot, nella misurazione del livello dei liquidi, nell'automazione industriale, nei contenitori per rifiuti intelligenti, nelle porte automatiche, nei sistemi di parcheggio e nelle apparecchiature di rilevamento senza contatto.
