ビュー: 110 著者: グレース 公開時間: 2021-06-25 起源: サイト
超音波センサーは、高周波音波を使用して物体の検出、距離の測定、または動きの監視を行うデバイスです。電気信号を超音波に変換し、反射エコーを測定と制御のために電気信号に変換します。
超音波は、20kHz を超える周波数を持つ機械的な音波です。超音波は波長が短く、指向性が良く、空気中での伝播が比較的安定しているため、距離測定、物体検出、液面検知、パーキングセンサー、ロボット工学、産業オートメーションなどに広く使用されています。
一般的な超音波距離センサーは、音波を発信する送信機と反射波を捕捉する受信機を使用します。送信からエコー受信までの時間を測定することで、センサーから対象物までの距離を計算できます。
超音波センサーは、超音波を使用して物体の存在、距離、位置、または動きを検出する非接触センサーです。回路設計と用途に応じて、超音波距離センサー、物体検出センサー、液面センサー、または近接センサーとして機能します。
多くの 40kHz 超音波センサーでは、超音波の生成と受信にセラミック トランスデューサーが使用されます。送信機は超音波パルスを送信し、受信機はターゲットによって反射されたエコーを検出します。次に、センサー回路がエコー信号を処理し、距離または検出データを出力します。
1 対の超音波センサーを別個の送信機と受信機で構成することも、両方の機能を 1 つのトランシーバー ユニットに組み込むこともできます。下の画像は、Manorshi 40kHz 超音波送信機と受信機のコンポーネントを示しています。その他の超音波センサー製品は、次のサイトで入手できます。 マノーシ超音波センサー.
超音波センサーの動作原理は、音波の送信、反射、エコー検出に基づいています。センサーはターゲットに向けて超音波パルスを放射します。音波が物体の表面に到達すると、音波の一部が反射して受信機に戻ります。
センサーは、飛行時間とも呼ばれるエコー移動時間を測定します。空気中の音速は既知であるため、超音波の往復時間から距離を計算できます。
距離 = 音速 × エコー時間 / 2
音波はセンサーから物体に伝わり、物体からセンサーに戻るため、結果は 2 で除算されます。測定されたエコー時間は往復時間であり、片道時間ではありません。
| ステップ | 何が起こるか |
|---|---|
| 1. 電気信号入力 | 回路は電気信号を超音波送信機に加えます。 |
| 2.超音波放射 | 圧電トランスデューサーが振動して超音波を放射します。 |
| 3. エコー反射 | 波は、物体、液体表面、または界面に接触すると反射します。 |
| 4. エコー受信 | 受信機は反射した超音波を検出します。 |
| 5. 信号計算 | 制御回路は飛行時間から距離を計算します。 |
アン 超音波送信機は 通常、金属振動板または共振器に取り付けられた圧電セラミック結晶を使用します。交流電圧が圧電セラミック素子に印加されると、急速に膨張および収縮します。
この機械的振動により超音波が発生します。共振器とハウジングは音響エネルギーを前方に向けるのに役立ち、放射された音波は全方向に均等に広がるのではなく、指向性ビームとして伝わります。
超音波受信機は逆の動作をします。反射した超音波が受信器に到達すると、振動板が動きます。この振動は圧電セラミックディスクに伝達されます。
圧電効果により、セラミック素子は機械的応力を受けると電気信号を生成します。センサー回路は、この弱い信号を増幅および処理して、エコーが戻ってきたかどうか、およびエコーが到着するまでにかかった時間を判断します。
つまり、超音波センサーは超音波の送信と受信の両方ができます。送信時には、電気エネルギーを超音波振動に変換します。エコーを受信すると、超音波振動が電気信号に変換されます。このため、超音波トランスデューサーとも呼ばれます。
圧電素子は通常円形であるため、放出される超音波は指向性のあるビーム パターンを持ちます。ビーム断面は楕円に似ていることが多いため、検出範囲は角度、周波数、トランスデューサーのサイズ、音響出力、ターゲットの反射によって制限されます。
一部の超音波センサー設計では、水平検出角度が垂直検出角度よりも広い場合があります。たとえば、センサーは、構造と用途に応じて、水平ビーム角が約 120 度、垂直ビーム角が約 60 度になる場合があります。センサーの動作に対する
| パフォーマンスファクターの | 影響 |
|---|---|
| 頻度 | 周波数が低いほど遠くまで伝わり、周波数が高いほど短距離での分解能が向上します。 |
| ビーム角 | 狭いビームにより方向検出が向上します。幅の広いビームはより広いエリアをカバーします。 |
| 対象面 | 平らで硬い表面は、柔らかい、角度のある、または多孔質の表面よりも超音波をよく反射します。 |
| 温度 | 温度は音速を変化させ、距離精度に影響を与える可能性があります。 |
| 環境 | ほこり、湿気、風、泡、振動、その他の超音波発生源が信号の品質に影響を与える可能性があります。 |
シンプルな構造と便利な製造。
対象物に触れずに非接触距離を測定します。
光学式センサーに比べて対象物の色、透明度、周囲光の影響を受けにくい。
透明な物体、光沢のある表面、液体レベル、および多くの固体物質の検出に適しています。
通常の環境電磁界の影響を受けにくい。
開放型、防水型、高周波型、送信機、受信機、一体型送受信機として設計可能です。
| 種類 | 説明 | 一般的な使用方法 |
|---|---|---|
| 超音波発信器 | 電気信号を超音波に変換します。 | 距離モジュール、リペラデバイス、センシングシステム。 |
| 超音波受信機 | 超音波エコーを電気信号に変換します。 | エコー検出および信号受信回路。 |
| 超音波送受信機 | 送信機能と受信機能を 1 つのユニットに統合します。 | コンパクトな距離センサーと物体検出モジュール。 |
| 防水型超音波センサー | 湿気の多い環境、屋外、または液体関連の環境向けに密閉ハウジングを使用します。 | 駐車センサー、屋外測距、タンクレベル検知。 |
| 高周波超音波センサー | より高い周波数を使用すると、短距離での分解能が向上します。 | 精密検出、医療、工業用検査。 |
超音波センサーは、非接触測定が必要な場合に使用されます。これらは、光学センサーが色、光、透明度、ほこり、まぶしさの影響を受ける可能性がある場合に特に役立ちます。
駐車センサーと後退レーダー。
ロボットによる障害物の回避とナビゲーション。
タンクや容器内の液面測定。
産業オートメーションと物体検出。
スマートゴミ箱、自動ドア、存在検知。
特殊なシステムでの流量測定、漏れ検出、非破壊検査。
超音波センサーは多くの用途で信頼性がありますが、すべてのターゲットや環境に適しているわけではありません。柔らかい、多孔質、角のある、非常に小さい、または吸音性のある物体は、弱いエコーを返す可能性があります。泡、乱流、強い空気の動き、温度変化も測定精度に影響を与える可能性があります。
超音波距離を正確に測定するには、エンジニアは正しい周波数、ビーム角度、センサーの種類、設置位置、補正方法を選択する必要があります。過酷な環境では、通常、防水または密閉された超音波センサーが好まれます。
超音波センサーは、高周波音波を送信し、反射エコーを受信することによって機能します。距離は、飛行時間の原理を使用して、エコー時間と音速から計算されます。
超音波センサーは非接触で色や光の影響を受けず、多くの固体および液体のターゲットに適しているため、距離測定、物体検出、液面検知、自動車システム、産業オートメーションで広く使用されています。
超音波センサーは、音パルスを発し、反射したエコーを受信し、エコー時間から距離を計算することで距離を測定します。基本的な式は、距離 = 音速 × 時間 / 2 です。
超音波送信機は、電気エネルギーを超音波に変換します。超音波受信機は、反射された超音波を電気信号に変換します。一部の超音波トランスデューサは、1 つのコンポーネントで両方の機能を実行できます。
40kHz の超音波センサーは、範囲、感度、コンポーネントのサイズ、消費電力、コストの実用的なバランスを提供するため、一般的です。これらは測距モジュール、物体検出、駐車センサー システムで広く使用されています。
はい。超音波センサーは光の代わりに音波を使用するため、光学センサーでは困難な多くの透明な物体を検出できます。実際の結果は、オブジェクトの形状、角度、サイズ、音響反射によって異なります。
精度は、温度、湿度、風、ターゲットの角度、ターゲットの材質、表面粗さ、センサーの位置合わせ、ビーム角度、環境ノイズ、近くの物体からのエコー干渉によって影響を受ける可能性があります。
超音波センサーは音波を使用するため、一般に可視光や物体の色の影響を受けません。これにより、暗い環境、透明なターゲット、光沢のある表面、および光学センサーが信頼できない可能性がある用途に役立ちます。
超音波距離センサーは、車の後退レーダー、ロボットの障害物回避、液位測定、産業オートメーション、スマートゴミ箱、自動ドア、駐車システム、非接触検出装置などに使用されています。
