超音波測距の原理

超音波測距は、音波を使用して 2 つの物体間の距離を測定する技術です。自動車、ヘルスケア、ロボット工学など、さまざまな業界で不可欠なツールとなっています。この記事の目的は、超音波測距の原理とその応用について包括的に説明することです。

超音波測距とは何ですか?

超音波測距は、高周波音波を使用して 2 つの物体間の距離を測定する技術です。これは、トランスデューサーから超音波を送信し、波が物体に当たって反射するまでの時間を測定することによって機能します。波が戻ってくるのにかかる時間は、トランスデューサーと物体の間の距離を計算するために使用されます。超音波センサーには、シングル トランスデューサー センサーやデュアル トランスデューサー センサーなど、さまざまなタイプがあります。

超音波測距の動作原理

超音波測距の原理は音波の物理学に基づいています。振動子から超音波が発信されると、超音波は空気中を伝わり物体に到達します。その後、波はトランスデューサーに反射して戻り、波が戻ってくるまでの時間が測定されます。この時間は、トランスデューサーと物体間の距離を計算するために使用されます。

トランスデューサは超音波測距において重要な役割を果たします。超音波の送信と受信の両方を担当します。トランスデューサは電気信号を機械振動に変換し、超音波として送信します。波が物体に当たって反射すると、トランスデューサーが波を受信して​​電気信号に変換します。

超音波測距の利点と制限

超音波測距には、他の測距技術に比べていくつかの利点があります。非接触なので、物理的に触れることなく物体間の距離を測定できます。精度も高く、長距離でも正確な測定が可能です。

ただし、超音波測距にはいくつかの制限もあります。温度、気圧、湿度などの環境要因の影響を受けます。また、固体物体を貫通することはできません。つまり、別の物体の背後にある物体までの距離を測定することはできません。これにより、特定のアプリケーションではその有用性が制限される可能性があります。

レーザー測距や赤外線測距などの他の測距技術と比較して、超音波測距は比較的安価で実装が簡単です。このため、幅広い用途で人気の選択肢となっています。

超音波測距の応用

超音波測距は、自動車、医療、ロボット工学などのさまざまな業界で使用されています。自動車業界では、超音波測距は車両内の距離測定と障害物検出に使用されます。これにより、車両は衝突を回避し、安全に駐車することができます。

医療業界では、超音波測距は、非侵襲的なイメージングと内臓間の距離の測定に使用されます。これにより、医療専門家は侵襲的処置を必要とせずに患者の診断と治療を行うことができます。

ロボット工学の分野では、超音波測距はナビゲーションや障害物回避に使用されます。超音波センサーを備えたロボットは、複雑な環境をナビゲートし、障害物を回避できるため、より効果的かつ効率的になります。

超音波測距の未来

超音波測距の分野は急速に進化しており、常に新たな進歩が見られます。将来的には、超音波測距がさらに多くの産業やアプリケーションに統合される可能性があります。

超音波測距の将来的な応用の可能性の 1 つは、自動運転車の分野です。自動運転車が安全に走行するには、高精度で信頼性の高い距離測定システムが必要です。超音波測距はこれにおいて重要な役割を果たす可能性があり、自動運転車が安全に動作できるようにするために必要な距離測定を提供します。

超音波測距のもう 1 つの潜在的な用途は、産業オートメーションの分野です。効率的でコスト効率の高い自動化システムに対する需要が高まる中、超音波測距は産業用ロボットに正確で信頼性の高い測定を提供する上で重要な役割を果たす可能性があります。

結論

結論として、超音波測距は、高周波音波を使用して 2 つの物体間の距離を測定する技術です。自動車、ヘルスケア、ロボット工学など、さまざまな業界で不可欠なツールとなっています。超音波測距の原理は音波の物理学に基づいており、超音波トランスデューサの使用によって可能になります。超音波測距にはいくつかの制限がありますが、いくつかの利点もあるため、幅広い用途で人気があります。超音波測距の未来は明るく、新たな進歩と応用の可能性が目前に迫っています。

人間の耳に聞こえる音波の周波数は20HZ～20KHzです。周波数が20KHzを超えると、人間の耳には聞こえなくなります。したがって、20KHzより高い周波数の音波を「超音波」と呼びます。

超音波は指向性が強く、空気中を遠くまで伝わります。障害物に遭遇すると反射します。したがって、距離測定には超音波がよく使用されます。

超音波距離測定の最も一般的な方法はエコー検出法です。超音波発信器は、特定の方向に超音波を発信します。発光と同時にタイマーが計時を開始します。超音波受信機は、反射した超音波を受信するとすぐに計時を停止します。超音波の空気中の伝播速度は340m/sです。タイマーで記録された時間に基づいて、発光点から障害物表面までの距離を計算できます。

超音波センサーの主な性能指標には次のものがあります。

(1) 動作周波数。動作周波数は圧電チップの共振周波数です。両端に印加される交流電圧の周波数がチップの共振周波数と等しい場合、出力エネルギーが最も大きくなり、感度も最も高くなります。

(2) 使用温度。圧電材料の距離点は一般に比較的高いため、特に診断用の超音波プローブは消費電力が小さいため、使用温度が比較的低く、故障することなく長時間使用できます。治療に使用される超音波プローブは比較的高温になるため、別途冷却装置が必要となります。

(3) 感度。これは主に製造チップ自体に依存し、電気機械結合係数が大きく、感度が高くなります。

科学技術の急速な発展により、超音波センサーの応用を見つけることは難しくありません。たとえば、後退レーダーは超音波を使用して距離を測定し、駐車や障害物回避の機能を実現します。 Manorshi のエンジニアは 、3 つの超音波センサー MSW-A1458H09TR、MSW-A1440H09TR、および MSW-A1840H12TR を推奨します。安定性、高感度、高精度を実現しており、市場から好評をいただいております。