Қарау саны: 352 Автор: Сайт редакторы Жариялау уақыты: 22.05.2020 Шығу орны: Сайт
Күнделікті өндірісте және өмірде, Ультрадыбыстық диапазондық сенсорлар автомобильді кері бұру радарын, робот кедергілерін болдырмау, құрылысты өлшеу, сұйықтық деңгейін анықтау, ұңғыманың тереңдігін өлшеу, құбыр ұзындығын өлшеу және басқа контактісіз қашықтықты өлшеу қолданбаларында кеңінен қолданылады.
Негізгі ультрадыбыстық сенсор диапазонының әдісі ұшу уақытын өлшеу болып табылады. Сенсор ультрадыбыстық импульс шығарады, нысанадан шағылысқан жаңғырықты қабылдайды, бару уақытын өлшейді және дыбыс жылдамдығынан қашықтықты есептейді.
Жалпы ультрадыбыстық диапазон жүйелері әдетте бір чипті микрокомпьютерге, енгізілген контроллерге немесе CPLD-ге негізделген. Қандай басқару платформасы пайдаланылса да, негізгі дизайн алдымен ультрадыбыстық жаңғырық диапазонын, дыбыс жылдамдығын, температураны өтеуді, соқыр аймақты және мақсатты шағылыстыру шарттарын түсінуі керек.
Ультрадыбыстық сенсор электр сигналдарын ультрадыбыстық толқындарға түрлендіреді және қабылданған ультрадыбыстық жаңғырықтарды қайтадан электрлік сигналдарға түрлендіреді. Ультрадыбыстық толқындар - жиілігі 20 кГц-тен жоғары механикалық толқындар. Олар күшті бағыттылыққа, энергияның баяу жоғалуына және ауада, сұйық немесе қатты ортада салыстырмалы түрде ұзақ таралу қашықтығына ие.
Ультрадыбыстық толқын кедергіге, интерфейске, сұйық бетке немесе қатты нысанаға жеткенде, толқынның бір бөлігі жаңғырық ретінде кері шағылысады. Қабылдаушы элемент бұл жаңғырықты анықтайды, ал басқару тізбегі өлшенген жүру уақытынан қашықтықты есептейді.
Ультрадыбыстық қашықтықты өлшеу байланыссыз, арзан және көптеген материалдарға бейімделетін болғандықтан, ол нақты уақыттағы жауап, дәлдік, сенімділік және баға арасындағы пайдалы тепе-теңдікті қамтамасыз етеді.
Ең көп тараған ультрадыбыстық диапазон әдісі - ұшу уақытын немесе ToF өлшеу деп те аталатын бару уақытын анықтау әдісі. Датчик бір бағытта ультрадыбыстық импульсті жіберіп, уақытты белгілеуді бастайды. Эхо қайтарылған кезде жүйе уақытты тоқтатады және бір жақты қашықтықты есептейді.
Егер s сенсор мен өлшенген нысана арасындағы қашықтық болса, t - өлшенген айналу уақыты және v - дыбыстың таралу жылдамдығы болса, қашықтық формуласы:
s = v × t / 2
2-ге бөлу қажет, себебі ультрадыбыстық импульс сенсордан нысанаға өтеді, содан кейін нысанадан сенсорға оралады. Өлшенген уақыт – бір жақты жол жүру уақыты емес, жалпы бару уақыты.
Жоғары дәлдіктегі ультрадыбыстық қашықтықты өлшеу үшін температураны өтеу маңызды, себебі ауадағы дыбыс жылдамдығы температураға байланысты өзгереді. Жылы ауа дыбыс жылдамдығын арттырады, ал суық ауа оны азайтады.
Температураның компенсациясының жиі қолданылатын формуласы:
v = 331,4 + 0,607Т
Бұл формулада T - қоршаған ортаның температурасы °C, ал v - м/с-тегі дыбыс жылдамдығы. Температура компенсациясын қосу әсіресе сыртқы, өндірістік немесе айнымалы температура орталарында өлшеу қателігін азайтуы мүмкін.
| әдісі | Ол қалай жұмыс істейді | Ең жақсы пайдаланыңыз |
|---|---|---|
| Ұшу уақыты әдісі | Ультрадыбыстық жіберу мен жаңғырық қабылдау арасындағы уақытты өлшейді. | Қашықтықты өлшеу, кедергілерді анықтау, сұйықтық деңгейін өлшеу. |
| Фазаны анықтау әдісі | Шығарылатын және қабылданған толқындар арасындағы фазалар айырмашылығынан қашықтықты есептейді. | Қысқа диапазондағы және жоғары ажыратымдылықты өлшеу жүйелері. |
| Эхо амплитудасы әдісі | Шағылысқан ультрадыбыстық сигналдың күшін талдайды. | Мақсатты анықтау, материалды көрсетуді талдау, сигнал сапасын бағалау. |
| фактор әсері | Өлшеуді | оңтайландыру кеңесіне |
|---|---|---|
| Температура | Дыбыс жылдамдығын өзгертеді және қашықтық қатесін тудырады. | Басқару алгоритмінде температура компенсациясын пайдаланыңыз. |
| Соқыр аймақ | Түрлендіргіштің шырылдауына байланысты өте жақын нысандар дұрыс анықталмауы мүмкін. | Қысқа қашықтықты өлшеу үшін шағын соқыр аймақ ультрадыбыстық сенсорды таңдаңыз. |
| Мақсатты бұрыш | Бұрыштық беттер жаңғырықты қабылдағыштан алыс көрсетуі мүмкін. | Сенсорды мақсатты бетке мүмкіндігінше перпендикуляр ұстаңыз. |
| Мақсатты материал | Жұмсақ, кеуекті немесе дыбысты жұтатын материалдар жаңғырық күшін төмендетеді. | Өнімді тексеру кезінде нақты мақсатты материалды тексеріңіз. |
| Қоршаған ортаның шуы | Басқа ультрадыбыстық көздер немесе діріл қате көрсеткіштерді тудыруы мүмкін. | Сүзгілеуді, экрандауды және сәйкес таңдау логикасын пайдаланыңыз. |
| Су, шаң және коррозия | Қатты орталар сенсордың қызмет ету мерзімін және сигнал сапасын төмендетуі мүмкін. | Қажет болған жағдайда су өткізбейтін және коррозияға төзімді ультрадыбыстық сенсорларды пайдаланыңыз. |
Жалпы ультрадыбыстық диапазон құрылымы бір таратқыш және бір қабылдау басын пайдаланады. Таратқыш ультрадыбыстық толқындар шығарады, ал қабылдағыш шағылған жаңғырықты анықтайды. Бұл құрылым қарапайым және көптеген жалпы қашықтықты өлшеу қолданбалары үшін қолайлы.
Кейбір жүйелерде бір қабылдау бастиегі бар бірнеше таратқыш бастиектер немесе массивте орналасқан бірнеше сенсорлық модульдер қолданылады. Бұл дизайн анықтау қамтуын жақсарта алады, соқыр дақтарды азайтады және роботты навигация немесе көп нүктелі сұйықтық деңгейін анықтау сияқты күрделі өлшем сценарийлерін қолдайды.
Автокөліктің кері айналу радары және тұраққа көмек көрсету жүйелері.
Робот кедергілерді болдырмау және автоматты навигация.
Резервуарлардағы, контейнерлердегі және өнеркәсіптік жабдықтағы сұйықтық деңгейін өлшеу.
Ұңғыманың тереңдігі, құбыр ұзындығы және құрылыс алаңының өлшемі.
Автоматтандыру жабдықтары мен өндірістік желілерде объектілерді анықтау.
Сыртқы немесе ылғалды ортада су өткізбейтін қашықтықты өлшеу.
Ультрадыбыстық диапазондық сенсорлар танымал, себебі олар жанаспайтын өлшеуді қолдайды, қарапайым жұмыс принципі бар және түсі мен мөлдірлігіне қарамастан көптеген қатты және сұйық нысандарды анықтай алады. Олар сондай-ақ кейбір оптикалық немесе лазерлік өлшеу шешімдерімен салыстырғанда үнемді.
Кіші бұрышты және кішкентай соқыр аймақты ультрадыбыстық сенсор арқылы жүйе ықшам кеңістіктерде дәлірек өлшеуге қол жеткізе алады. Су өткізбейтін және коррозияға төзімді конструкциялар ультрадыбыстық сенсорларды сұйықтық деңгейінде, сыртқы және өнеркәсіптік қолданбаларда пайдалы етеді.
Ультрадыбыстық қашықтықты өлшеу принципі ультрадыбыстық толқындарды нысанаға жіберу, шағылысқан жаңғырықты қабылдау, айналу уақытын өлшеу және дыбыс жылдамдығын пайдаланып қашықтықты есептеу болып табылады. Негізгі формула s = v × t / 2.
Дәлірек ультрадыбыстық диапазонды алу үшін дизайнерлер температура компенсациясын, соқыр аймақты, мақсатты бұрышты, материалды шағылыстыруды, қоршаған ортаның шуын және сенсорды орнатуды қарастыруы керек. Сенсорды дұрыс таңдау және сигналды өңдеу нақты қолданбаларда өлшеу тұрақтылығын жақсартады.
Ультрадыбыстық сенсор диапазонының әдісі ультрадыбыстық импульсті жіберу, шағылысқан жаңғырықты қабылдау және дыбыстың жүру уақытынан қашықтықты есептеу арқылы қашықтықты өлшейді. Мұны ультрадыбыстық ұшу уақыты немесе жаңғырық диапазоны деп те атайды.
Негізгі ультрадыбыстық қашықтық формуласы s = v × t / 2 болып табылады . Бұл формулада s - қашықтық, v - дыбыс жылдамдығы, t - ультрадыбыстық импульстің өлшенген айналу уақыты.
Сенсор ультрадыбыстық толқынның объектіге бару және қайтару үшін жалпы уақытын өлшейді. Бұл айналмалы сапар болғандықтан, сенсор мен нысана арасындағы бір жақты қашықтықты алу үшін нәтижені 2-ге бөлу керек.
Температура ауадағы дыбыс жылдамдығын өзгертеді. Температура өзгерсе, бірақ жүйе әлі де тіркелген дыбыс жылдамдығын пайдаланса, есептелген қашықтықта қате болады. Температура өтемақысы ультрадыбыстық диапазонның дәлдігін жақсартуға көмектеседі.
Соқыр аймақ - сенсор сенімді түрде өлшей алмайтын ең аз қашықтық. Ол әдетте таралғаннан кейін түрлендіргіштің шырылдауынан болады. Қысқа қашықтықты анықтау үшін шағын соқыр аймағы бар ультрадыбыстық сенсорды таңдаңыз.
Жұмсақ, кеуекті, дыбысты жұтатын, өте жұқа немесе өткір бұрышты беттер жаңғырық күшін төмендетуі мүмкін. Көбік, мата және бұрышты заттар әлсіз немесе тұрақсыз ультрадыбыстық қашықтық көрсеткіштерін тудыруы мүмкін.
Ультрадыбыстық диапазондық сенсорлар әдетте тұрақ сенсорларында, робот кедергілерін болдырмауда, сұйықтық деңгейін өлшеуде, өнеркәсіптік автоматтандыруда, құрылысты өлшеуде, құбырларды анықтауда және байланыссыз қашықтықты өлшеу жүйелерінде қолданылады.
