超音波測距センサーを選ぶ際の注意点

適切な超音波測距センサーを選択することは、特に市場で入手可能なオプションが多数ある場合には、困難な作業になる可能性があります。超音波センサーは、音波を使用して距離を検出および測定するデバイスであり、ロボット工学、自動車システム、産業オートメーションなどのさまざまな用途に最適です。この記事は、プロジェクトに超音波測距センサーを選択する際に考慮すべき重要な点について説明することを目的としています。

超音波センサーの種類

超音波センサーは大きく 2 つのカテゴリに分類できます。

• 近接検知センサー:

  これらのセンサーは、正確な距離を測定せずに、指定された範囲内の物体の存在を検出します。

• 距離測定センサー:

  これらのセンサーは物体までの距離を正確に測定し、距離データの形式で出力します。

  
  

超音波センサーの選択基準

適切な超音波センサーの選択は、プロジェクトの特定の要件によって異なります。センサーのパフォーマンスに影響を与えるさまざまな要因を理解することは、情報に基づいた意思決定を行うのに役立ちます。

考慮すべき要素

適切な超音波測距センサーを選択するには、次の要素を考慮してください。

1. 感知範囲: 感知範囲とは、センサーが物体を正確に検出できる最小距離と最大距離を指します。アプリケーションの要件に一致する検出範囲を持つセンサーを選択してください。

2. 精度と分解能: 精度はセンサーの測定値が実際の距離にどの程度一致しているかを表し、分解能は検出可能な距離の最小変化を指します。正確な測定が必要なアプリケーションには、高精度と分解能を備えたセンサーを検討してください。

3. ビーム角度: ビーム角度は、センサーから発せられるサウンドコーンの幅です。ビーム角が狭いと、物体の識別が向上し、検出範囲が長くなります。一方、ビーム角が広いと、センサーの視野が広がります。用途に最適なビーム角度を選択してください。

4. 環境要因: 温度、湿度、気圧は超音波センサーの性能に影響を与える可能性があります。アプリケーションの環境条件下で確実に動作できるセンサーを選択してください。

5. 周波数: 超音波センサーの周波数は、音の伝播速度と測定の分解能を決定します。周波数が高いほど分解能は高くなりますが、検出範囲は短くなります。一方、周波数が低いほど、分解能は低くなりますが、検出範囲は長くなります。アプリケーションに適した周波数のセンサーを選択してください。

6. 応答時間: 応答時間は、センサーが距離の変化を検出した後に出力を更新するのにかかる時間です。ロボット工学における障害物回避など、リアルタイム測定を必要とするアプリケーションには、応答時間の短縮が不可欠です。

7. 出力タイプ: 超音波センサーには、アナログ、デジタル、またはシリアル出力があります。システムの要件と互換性のある出力タイプのセンサーを選択してください。

8. 取り付けオプション: 利用可能な取り付けオプションを検討し、センサーを希望の場所に簡単に取り付けられることを確認してください。

9. 電力消費量: 電力消費量は、バッテリ駆動のアプリケーションにとって重要な要素です。バッテリー寿命を延ばし、エネルギー使用量を最小限に抑えるには、消費電力の低いセンサーを選択してください。

   
   

一般的なアプリケーション

超音波測距センサーは、次のようなさまざまな業界や用途で広く使用されています。

1. ロボット工学: 障害物の検出と回避、距離測定、およびナビゲーション。

2. 自動車システム: 駐車支援、死角検出、衝突回避。

3. 産業オートメーション: レベル制御、物体検出、マテリアルハンドリング。

4. セキュリティ システム: 侵入検知、アクセス制御、境界監視。

5. 医療機器: 液面モニタリングと流量測定。

結論

プロジェクトの成功には、適切な超音波測距センサーを選択することが重要です。センシング範囲、精度、解像度、ビーム角度、環境要因、周波数、応答時間、出力タイプ、取り付けオプション、消費電力などの要素を考慮することで、情報に基づいた意思決定を行い、アプリケーションに最適なセンサーを選択できます。

よくある質問

1. 超音波センサーはあらゆる種類の物質を検出できますか?超音波センサーはほとんどの材料を検出できますが、その性能は材料の組成、表面の質感、形状によって異なる場合があります。一般に、硬くて平らな表面は超音波の反射に優れています。

   
   

2. 温度は超音波センサーの性能にどのような影響を与えますか?温度は空気中の音速に影響を及ぼし、距離測定の精度に影響を与える可能性があります。一部の超音波センサーには、温度が変化しても精度を維持するための温度補償が組み込まれています。

   
   

3. 距離測定用の超音波センサーと赤外線センサーの違いは何ですか?超音波センサーは音波を使用して距離を測定しますが、赤外線センサーは光波に依存します。一般に、超音波センサーはより正確で、周囲の光や色などの環境要因による影響が少ないのに対し、赤外線センサーは応答時間が速い場合があります。

   
   

4. 超音波センサーは屋外用途に適していますか?超音波センサーは屋外でも使用できますが、その性能は温度、湿度、気圧などの環境要因に影響される可能性があります。選択したセンサーが屋外使用向けに定格されており、アプリケーションの特定の環境条件に耐えられることを確認してください。

   
   

5. 超音波センサーは物体を検出するために視線を必要としますか?はい、超音波センサーは、音波が物体に直接伝わり、センサーに戻る必要があるため、物体を検出するために明確な見通し線を必要とします。センサーと物体の間に障害物があると、不正確な読み取りや誤検出が発生する可能性があります。

最新の超音波測距センサーの原理と構造は大きく異なります。ある程度の測定を行う場合、具体的な測定目的、測定対象、測定環境に応じてセンサーをいかに合理的に選択するかが最初の課題となります。超音波センサーが決まれば、それに適合する測定方法や測定機器も決まります。測定結果の成否は、超音波測距センサーの選択が適切かどうかに大きく左右されます。この記事では、超音波測距センサーを選択する際に一般的に注目されるいくつかのパラメーターを中心に紹介します。参考程度に。

1) 測定対象物と測定環境に応じて超音波センサーの種類を決定します（以下、超音波測距センサーと置き換えます）。

   具体的な測定作業を行うためには、まずどのような原理でこの問題を解決するのかを検討する必要があり、多くの要因を分析した上で決定する必要があります。同じ物理量を測定する場合でも、センサーの原理は複数あり、どのセンサーの原理が適しているかが異なるため、測定対象の特性や使用条件に応じて、以下の具体的な問題を考慮する必要があります。センサー: 範囲のサイズ。センサーの体積上の測定位置の要件。測定方法が接触か非接触か。信号抽出方法、有線または非接触測定。センサーのソース、国産か輸入か、価格に耐えられるか自社開発か。上記の問題を考慮した後、どのタイプのセンサーを選択するかを決定し、センサーの具体的なパフォーマンス指標を考慮することができます。

2) 超音波測距センサーの感度選択

   一般に、センサーの線形範囲では、センサーの感度が高いほど優れています。感度が高い場合にのみ、測定された変化に対応する出力信号の値が比較的大きくなり、信号を処理するのに役立ちます。ただし、センサーの感度が高いため、測定に関係のない外来ノイズも混入しやすく、増幅系により増幅されて測定精度に影響を与えることに注意してください。したがって、外部から導入される干渉信号を最小限に抑えるために、センサー自体が高い信号対雑音比を備えている必要があります。センサーの感度には指向性があります。測定値が単一ベクトルで方向性が高い場合は、他の方向の感度が低いセンサを選択する必要があります。測定値が多次元ベクトルの場合、センサーの交差感度は小さいほど優れています。

3) 超音波測距センサーの周波数応答特性

   センサーの周波数応答特性により、測定する周波数範囲が決まります。許容周波数範囲内で歪みのない測定条件を維持する必要があります。実際、センサーの応答には常に一定の遅れが生じます。遅延時間は短いほど良いです。センサーの周波数応答性が高く、測定可能な信号の周波数範囲が広い。ただし、構造的特性の影響により、機械系の慣性が大きくなります。低周波センサーの測定可能な信号の周波数は低いです。動的測定では、過度の火災エラーを避けるために、応答特性は信号の特性（定常状態、過渡状態、ランダムなど）に基づく必要があります。

4) 超音波測距センサーの直線範囲

   センサーの線形範囲とは、出力が入力に比例する範囲を指します。理論上、この範囲内では感度は一定のままです。センサーの直線範囲が広ければ広いほど、測定範囲も大きくなり、一定の測定精度を確保できます。センサーを選択する場合、センサーの種類が決まったら、まずその範囲が要件を満たしているかどうかを確認する必要があります。しかし実際には、絶対的な直線性を保証できるセンサーはなく、その直線性は相対的なものでもあります。要求される測定精度が一定の範囲内で比較的低い場合、非線形誤差が小さいセンサーを線形とみなすことができ、測定に大きな利便性をもたらします。

5) 超音波測距センサーの安定性

   センサーを一定期間使用した後も、その性能を変化させない能力を安定性と呼びます。センサー自体の構造に加えて、センサーの長期安定性に影響を与える要因は主にセンサーの使用環境です (使用環境は非常に重要です。超音波測距センサーを正確に選択するには、お問い合わせください)弊社スタッフ）。したがって、センサーの安定性を高めるためには、センサーが環境に適応する高い能力を備えている必要があります。センサを選定する前に、使用環境を調査し、使用環境に応じた適切なセンサの選択や、環境負荷を低減するための適切な措置を講じる必要があります。センサーの安定性を示す定量的な指標があります。使用期間を過ぎた場合は、センサーの性能が変化したかどうかを確認するために、使用前に再校正する必要があります。センサーが長期間使用され、簡単に交換や校正ができない状況では、選択したセンサーの安定性がより厳しくなり、長期間のテストに耐えることができなければなりません。

仕様

6) 超音波測距センサーの精度

   精度はセンサーの重要な性能指標であり、測定システム全体の測定精度に関わる重要な要素です。センサーの精度が高くなるほど高価になります。したがって、センサーの精度が測定システム全体の精度要件を満たしている限り、あまり高い精度を選択する必要はありません。これにより、同じ測定目的を満たす多数のセンサーの中から、より安価でシンプルなセンサーを選択することが可能になります。測定目的が定性分析の場合は、繰り返し精度の高いセンサーを使用してください。絶対値精度の高いセンサーを使用することは適切ではありません。定量分析の場合、正確な測定値を取得する必要があり、要求を満たす精度レベルのセンサーを選択する必要があります。