Қараулар: 110 Автор: Грейс Жариялау уақыты: 25.06.2021 Шығу орны: Сайт
Ультрадыбыстық сенсорлар - объектілерді анықтау, қашықтықты өлшеу немесе қозғалысты бақылау үшін жоғары жиілікті дыбыс толқындарын пайдаланатын құрылғылар. Олар электрлік сигналдарды ультрадыбыстық толқындарға түрлендіреді, содан кейін шағылысқан жаңғырықтарды өлшеу және бақылау үшін қайтадан электрлік сигналдарға түрлендіреді.
Ультрадыбыстық толқын - жиілігі 20 кГц-тен жоғары механикалық дыбыс толқыны. Ультрадыбыстық толқындардың қысқа толқын ұзындығы, жақсы бағыттылығы және ауада салыстырмалы түрде тұрақты таралуы болғандықтан, олар қашықтықты өлшеуде, объектілерді анықтауда, сұйықтық деңгейін анықтауда, тұрақ сенсорларында, робототехникада және өнеркәсіптік автоматтандыруда кеңінен қолданылады.
Әдеттегі ультрадыбыстық қашықтық сенсоры дыбыс толқындарын шығару үшін таратқышты және шағылысқан толқынды түсіру үшін қабылдағышты пайдаланады. Тасымалдау мен жаңғырық қабылдау арасындағы уақытты өлшеу арқылы сенсор сенсордан мақсатты нысанға дейінгі қашықтықты есептей алады.
Ультрадыбыстық сенсор - объектінің болуын, қашықтығын, орнын немесе қозғалысын анықтау үшін ультрадыбысты қолданатын байланыссыз сенсор. Ол схема дизайны мен қолданылуына байланысты ультрадыбыстық қашықтық сенсоры, нысанды анықтау сенсоры, сұйықтық деңгейінің сенсоры немесе жақындық сенсоры ретінде жұмыс істей алады.
Көптеген 40 кГц ультрадыбыстық сенсорларда ультрадыбыстық толқындарды жасау және қабылдау үшін керамикалық түрлендіргіш қолданылады. Таратқыш ультрадыбыстық импульсті жібереді, ал қабылдағыш нысана шағылысқан жаңғырықты анықтайды. Содан кейін сенсор тізбегі жаңғырық сигналын өңдейді және қашықтық немесе анықтау деректерін шығарады.
Ультрадыбыстық сенсорлар жұбы бөлек таратқыш пен қабылдағыштан жасалуы мүмкін немесе екі функцияны да бір қабылдағыш құрылғысына енгізуге болады. Төмендегі суретте Manorshi 40 кГц ультрадыбыстық таратқыш және қабылдағыш компоненттері көрсетілген. Қосымша ультрадыбыстық сенсор өнімдерін мына жерден алуға болады Манорши ультрадыбыстық сенсор.
Ультрадыбыстық датчиктің жұмыс принципі дыбыс толқынын өткізуге, шағылыстыруға және эходы анықтауға негізделген. Сенсор мақсатқа қарай ультрадыбыстық импульс шығарады. Дыбыс толқыны объектінің бетіне жеткенде, толқынның бір бөлігі қабылдағышқа кері шағылысады.
Сенсор жаңғырық саяхат уақытын өлшейді, ол ұшу уақыты деп те аталады. Ауадағы дыбыс жылдамдығы белгілі болғандықтан, қашықтықты ультрадыбыстық толқынның айналу уақытынан есептеуге болады.
Қашықтық = Дыбыс жылдамдығы × Эхо уақыты / 2
Нәтиже 2-ге бөлінеді, себебі дыбыс толқыны сенсордан объектіге тарайды, содан кейін нысаннан сенсорға оралады. Өлшенген жаңғырық уақыты бір жақты уақыт емес, бару уақыты.
| Қадам | Не болады |
|---|---|
| 1. Электр сигналының кірісі | Схема ультрадыбыстық таратқышқа электрлік сигнал береді. |
| 2. Ультрадыбыстық толқынның эмиссиясы | Пьезоэлектрлік түрлендіргіш тербеледі және ультрадыбыстық толқындар шығарады. |
| 3. Эхо рефлексия | Толқын объектімен, сұйық бетімен немесе интерфейсімен кездескен кезде шағылысады. |
| 4. Эхо қабылдау | Қабылдағыш шағылған ультрадыбыстық толқынды анықтайды. |
| 5. Сигналды есептеу | Басқару тізбегі ұшу уақытынан қашықтықты есептейді. |
Ан ультрадыбыстық таратқыш әдетте металл діріл пластинасына немесе резонаторға бекітілген пьезоэлектрлік керамикалық кристалды пайдаланады. Пьезокерамикалық элементке айнымалы электр кернеуін бергенде, ол тез кеңейеді және қысқарады.
Бұл механикалық тербеліс ультрадыбыстық толқындарды тудырады. Резонатор мен корпус акустикалық энергияны алға бағыттауға көмектеседі, сондықтан шығарылатын дыбыс толқыны барлық бағытта бірдей таралудың орнына бағытталған сәуле ретінде таралады.
Ультрадыбыстық қабылдағыш керісінше жұмыс істейді. Шағылысқан ультрадыбыстық толқын қабылдағышқа жеткенде діріл тақтасы қозғалады. Бұл діріл пьезоэлектрлік керамикалық дискіге беріледі.
Пьезоэлектрлік әсерге байланысты керамикалық элемент механикалық кернеу кезінде электр сигналын тудырады. Сенсор тізбегі жаңғырықтың қайтып келген-келмегенін және жаңғырықтың қанша уақыт келгенін анықтау үшін осы әлсіз сигналды күшейтеді және өңдейді.
Қысқасы, ультрадыбыстық сенсорлар ультрадыбыстық толқындарды жібере де, қабылдай да алады. Тарату кезінде олар электр энергиясын ультрадыбыстық тербеліске айналдырады. Эходы қабылдағанда олар ультрадыбыстық дірілді электрлік сигналға түрлендіреді. Сондықтан оларды ультрадыбыстық түрлендіргіштер деп те атайды.
Пьезоэлектрлік элемент әдетте дөңгелек болғандықтан, шығарылатын ультрадыбыстық толқында бағытталған сәуле үлгісі бар. Сәуленің көлденең қимасы көбіне эллипске ұқсайды, сондықтан анықтау диапазоны бұрышпен, жиілікпен, түрлендіргіш өлшемімен, акустикалық қуатпен және мақсатты шағылысумен шектеледі.
Кейбір ультрадыбыстық сенсор конструкциялары үшін көлденең анықтау бұрышы тік анықтау бұрышынан кеңірек болуы мүмкін. Мысалы, сенсордың құрылымы мен қолданылуына байланысты көлденең сәуленің бұрышы шамамен 120 градус және тік сәуленің бұрышы шамамен 60 градус болуы мүмкін.
| өнімділік факторының әсері | Сенсор жұмысына |
|---|---|
| Жиілік | Төменгі жиіліктер алысырақ жүреді, ал жоғары жиіліктер қысқа диапазондарда жақсы ажыратымдылықты қамтамасыз етеді. |
| Сәулелік бұрыш | Тар сәуле бағытты анықтауды жақсартады; кең сәуле көбірек аумақты қамтиды. |
| Мақсатты бет | Тегіс, қатты беттер жұмсақ, бұрышты немесе кеуекті беттерге қарағанда ультрадыбысты жақсы көрсетеді. |
| Температура | Температура дыбыс жылдамдығын өзгертеді және қашықтық дәлдігіне әсер етуі мүмкін. |
| Қоршаған орта | Шаң, ылғал, жел, көбік, діріл және басқа ультрадыбыстық көздер сигнал сапасына әсер етуі мүмкін. |
Қарапайым құрылым және ыңғайлы өндіріс.
Мақсатты нысанды ұстамай-ақ жанасусыз қашықтықты өлшеу.
Мақсатты түс, мөлдірлік немесе сыртқы жарық оптикалық сенсорларға қарағанда азырақ әсер етеді.
Мөлдір заттарды, жылтыр беттерді, сұйықтық деңгейлерін және көптеген қатты материалдарды анықтау үшін қолайлы.
Кәдімгі қоршаған ортаның электромагниттік өрістері оңай араласпайды.
Ашық типті, су өткізбейтін типті, жоғары жиілікті типті, таратқыш, қабылдағыш немесе біріктірілген қабылдағыш ретінде жобалануы мүмкін.
| Түрі | Сипаттама | Типтік пайдалану |
|---|---|---|
| Ультрадыбыстық таратқыш | Электрлік сигналдарды ультрадыбыстық толқындарға түрлендіреді. | Қашықтық модульдері, репеллер құрылғылары, сезгіш жүйелер. |
| Ультрадыбыстық қабылдағыш | Ультрадыбыстық жаңғырықтарды электрлік сигналдарға түрлендіреді. | Эходы анықтау және сигналды қабылдау схемалары. |
| Ультрадыбыстық қабылдағыш | Бір блокта жіберу және қабылдау функцияларын біріктіреді. | Ықшам қашықтық сенсорлары және нысанды анықтау модульдері. |
| Суға төзімді ультрадыбыстық сенсор | Ылғалды, сыртқы немесе сұйықтықпен байланысты орталар үшін герметикалық корпусты пайдаланады. | Тұрақ сенсорлары, сыртқы диапазон, резервуар деңгейін анықтау. |
| Жоғары жиілікті ультрадыбыстық сенсор | Қысқа диапазондарда жақсырақ ажыратымдылық үшін жоғары жиілікті пайдаланады. | Дәл анықтау, медициналық, өндірістік бақылау. |
Ультрадыбыстық сенсорлар контактісіз өлшеу қажет жерде қолданылады. Олар әсіресе оптикалық сенсорларға түс, жарық, мөлдірлік, шаң немесе жарқырау әсер еткенде пайдалы.
Автокөлік тұрағы сенсорлары және кері радар.
Роботтың кедергілерін болдырмау және навигация.
Резервуарлар мен контейнерлердегі сұйықтық деңгейін өлшеу.
Өнеркәсіптік автоматтандыру және объектілерді анықтау.
Ақылды қоқыс жәшіктері, автоматты есіктер және бар-жоғын анықтау.
Арнайы жүйелерде ағынды өлшеу, ағып кетуді анықтау және бұзылмайтын сынақ.
Ультрадыбыстық сенсорлар көптеген қолданбаларда сенімді болғанымен, олар әрбір мақсатқа немесе ортаға сәйкес келмейді. Жұмсақ, кеуекті, бұрышты, өте кішкентай немесе дыбысты жұтатын заттар әлсіз жаңғырықты қайтаруы мүмкін. Көбік, турбуленттілік, күшті ауа қозғалысы және температураның өзгеруі де өлшеу дәлдігіне әсер етуі мүмкін.
Ультрадыбыстық қашықтықты дәл өлшеу үшін инженерлер дұрыс жиілікті, сәуленің бұрышын, сенсор түрін, орнату орнын және өтемақы әдісін таңдауы керек. Қатты ортада әдетте су өткізбейтін немесе мөрленген ультрадыбыстық сенсорларға артықшылық беріледі.
Ультрадыбыстық сенсорлар жоғары жиілікті дыбыс толқындарын беру және шағылысқан жаңғырықтарды қабылдау арқылы жұмыс істейді. Қашықтық жаңғырық уақыты мен дыбыс жылдамдығынан ұшу уақыты принципі бойынша есептеледі.
Ультрадыбыстық сенсорлар байланыссыз, түс пен жарыққа сезімтал емес және көптеген қатты және сұйық нысандарға жарамды болғандықтан, олар қашықтықты өлшеуде, нысанды анықтауда, сұйықтық деңгейін анықтауда, автомобиль жүйелерінде және өнеркәсіптік автоматтандыруда кеңінен қолданылады.
Ультрадыбыстық сенсорлар дыбыс импульсін шығару, шағылысқан жаңғырықты қабылдау және жаңғырық уақытынан қашықтықты есептеу арқылы қашықтықты өлшейді. Негізгі формула қашықтық = дыбыс жылдамдығы × уақыт / 2.
Ультрадыбыстық таратқыш электр энергиясын ультрадыбыстық дыбыс толқындарына түрлендіреді. Ультрадыбыстық қабылдағыш шағылған ультрадыбыстық толқындарды электрлік сигналдарға түрлендіреді. Кейбір ультрадыбыстық түрлендіргіштер бір компонентте екі функцияны да орындай алады.
40 кГц ультрадыбыстық сенсорлар кең таралған, себебі олар диапазон, сезімталдық, құрамдас өлшемі, қуат тұтынуы және құны арасындағы практикалық теңгерімді ұсынады. Олар ауқымды модульдерде, нысанды анықтауда және тұрақ сенсорларында кеңінен қолданылады.
Иә. Ультрадыбыстық сенсорлар жарықтың орнына дыбыс толқындарын пайдаланатындықтан, олар оптикалық сенсорлар үшін қиын көптеген мөлдір нысандарды анықтай алады. Нақты нәтиже нысанның пішініне, бұрышына, өлшеміне және акустикалық шағылуына байланысты.
Дәлдікке температура, ылғалдылық, жел, нысана бұрышы, мақсатты материал, беттің кедір-бұдырлығы, сенсордың туралануы, сәуленің бұрышы, қоршаған орта шуы және жақын маңдағы нысандардың эхо кедергісі әсер етуі мүмкін.
Ультрадыбыстық сенсорларға әдетте көрінетін жарық немесе нысанның түсі әсер етпейді, өйткені олар дыбыс толқындарын пайдаланады. Бұл оларды қараңғы орталар, мөлдір нысандар, жылтыр беттер және оптикалық сенсорлар сенімсіз болуы мүмкін қолданбалар үшін пайдалы етеді.
Ультрадыбыстық қашықтық сенсорлары автомобильді кері бұру радарларында, робот кедергілерін болдырмауда, сұйықтық деңгейін өлшеуде, өнеркәсіптік автоматтандыруда, ақылды қоқыс жәшіктерінде, автоматты есіктерде, тұрақ жүйелерінде және контактісіз анықтау жабдықтарында қолданылады.
