조회수: 352 작성자: 사이트 편집자 게시 시간: 2020-05-22 출처: 대지
일상의 생산과 생활 속에서, 초음파 거리 측정 센서 는 자동차 후진 레이더, 로봇 장애물 회피, 건설 측정, 액체 레벨 감지, 유정 깊이 측정, 파이프라인 길이 측정 및 기타 비접촉 거리 측정 애플리케이션에 널리 사용됩니다.
핵심 초음파 센서 거리 측정 방법은 ToF(Time-of-Flight) 측정입니다. 센서는 초음파 펄스를 방출하고, 대상에서 반사된 에코를 수신하여 왕복 시간을 측정하고, 음속으로 거리를 계산합니다.
일반적인 초음파 거리 측정 시스템은 일반적으로 단일 칩 마이크로컴퓨터, 내장형 컨트롤러 또는 CPLD를 기반으로 합니다. 어떤 제어 플랫폼을 사용하든 기본 설계에서는 먼저 초음파 에코 범위, 음속, 온도 보상, 사각지대 및 대상 반사 조건을 이해해야 합니다.
초음파 센서는 전기 신호를 초음파로 변환하고 수신된 초음파 에코를 다시 전기 신호로 변환합니다. 초음파는 20kHz 이상의 주파수를 갖는 기계적 파동입니다. 방향성이 강하고 에너지 손실이 느리며 공기, 액체 또는 고체 매체에서 상대적으로 긴 전파 거리를 갖습니다.
초음파가 장애물, 경계면, 액체 표면 또는 고체 대상에 도달하면 초음파의 일부가 에코로 반사됩니다. 수신 요소는 이 에코를 감지하고 제어 회로는 측정된 이동 시간으로부터 거리를 계산합니다.
초음파 거리 측정은 비접촉식, 저비용, 다양한 재료에 적용 가능하기 때문에 실시간 응답, 정확성, 신뢰성 및 가격 간의 유용한 균형을 제공합니다.
가장 일반적인 초음파 거리 측정 방법은 비행 시간(Time-of-Flight) 또는 ToF 측정이라고도 하는 왕복 시간 감지 방법입니다. 센서는 한 방향으로 초음파 펄스를 보내고 타이밍을 시작합니다. 에코가 돌아오면 시스템은 타이밍을 멈추고 단방향 거리를 계산합니다.
경우 s 가 센서와 측정 대상 사이의 거리, t가 측정된 왕복 시간, v가 소리의 전파 속도인 거리 공식은 다음과 같습니다.
s = v × t / 2
초음파 펄스가 센서에서 대상으로 이동한 다음 대상에서 센서로 돌아오기 때문에 2로 나누는 것이 필요합니다. 측정된 시간은 편도 이동 시간이 아닌 총 왕복 시간입니다.
고정밀 초음파 거리 측정에서는 공기 중 소리의 속도가 온도에 따라 변하기 때문에 온도 보상이 중요합니다. 따뜻한 공기는 음속을 증가시키고 차가운 공기는 음속을 감소시킵니다.
일반적으로 사용되는 온도 보상 공식은 다음과 같습니다.
v = 331.4 + 0.607T
이 공식에서 T 는 주변 온도(°C)이고 v 는 음속(m/s)입니다. 온도 보상을 추가하면 특히 실외, 산업 또는 온도 변화가 심한 환경에서 측정 오류를 줄일 수 있습니다.
| 방법 | 작동 방법 | 최상의 사용 |
|---|---|---|
| 비행 시간 방식 | 초음파 전송과 에코 수신 사이의 시간을 측정합니다. | 거리 측정, 장애물 감지, 액체 레벨 측정. |
| 위상 검출 방법 | 방출파와 수신파의 위상차로부터 거리를 계산합니다. | 단거리 및 고해상도 측정 시스템. |
| 에코 진폭 방법 | 반사된 초음파 신호의 강도를 분석합니다. | 표적 탐지, 물질 반사 분석, 신호 품질 판단. |
| 측정 | 최적화 | 팁 에 대한 영향 |
|---|---|---|
| 온도 | 소리의 속도를 변화시켜 거리 오차를 발생시킵니다. | 제어 알고리즘에서 온도 보상을 사용합니다. |
| 사각지대 | 매우 가까운 대상은 변환기 울림으로 인해 올바르게 감지되지 않을 수 있습니다. | 단거리 측정에는 Small Blind Area 초음파 센서를 선택하십시오. |
| 목표 각도 | 기울어진 표면은 수신기로부터 반사되는 에코를 반사할 수 있습니다. | 센서를 대상 표면에 최대한 수직으로 유지하십시오. |
| 대상물질 | 부드럽거나 다공성 또는 흡음재는 에코 강도를 감소시킵니다. | 제품 검증 과정에서 실제 대상 물질을 테스트합니다. |
| 환경 소음 | 다른 초음파 소스나 진동으로 인해 판독 오류가 발생할 수 있습니다. | 필터링, 차폐 및 적절한 샘플링 논리를 사용하십시오. |
| 물, 먼지 및 부식 | 열악한 환경에서는 센서 수명과 신호 품질이 저하될 수 있습니다. | 필요한 경우 방수 및 부식 방지 초음파 센서를 사용하십시오. |
일반적인 초음파 거리 측정 구조는 하나의 송신 헤드와 하나의 수신 헤드를 사용합니다. 송신기는 초음파를 방출하고 수신기는 반사된 에코를 감지합니다. 이 구조는 간단하며 다양한 일반 거리 측정 응용 분야에 적합합니다.
일부 시스템은 하나의 수신 헤드가 있는 여러 개의 전송 헤드를 사용하거나 배열로 배열된 여러 센서 모듈을 사용합니다. 이 설계는 감지 범위를 향상시키고, 사각지대를 줄이며, 로봇 내비게이션이나 다지점 액체 레벨 감지와 같은 보다 복잡한 측정 시나리오를 지원할 수 있습니다.
차량 후진 레이더 및 주차 지원 시스템.
로봇 장애물 회피 및 자동 탐색.
탱크, 컨테이너 및 산업 장비의 액체 레벨 측정.
우물 깊이, 파이프라인 길이 및 건설 현장 측정.
자동화 장비 및 생산 라인의 물체 감지.
실외 또는 습한 환경에서 방수 거리 감지.
초음파 거리 측정 센서는 비접촉식 측정을 지원하고 작동 원리가 간단하며 색상이나 투명도에 관계없이 많은 고체 및 액체 대상을 감지할 수 있다는 점에서 인기가 높습니다. 또한 일부 광학 또는 레이저 측정 솔루션에 비해 비용 효율적입니다.
작은 각도와 작은 사각지대의 초음파 센서를 사용하여 시스템은 좁은 공간에서 보다 정확한 측정을 달성할 수 있습니다. 방수 및 부식 방지 설계로 인해 초음파 센서는 액체 레벨, 실외 및 산업용 응용 분야에서도 유용합니다.
초음파 거리 측정의 원리는 대상을 향해 초음파를 보내고, 반사된 에코를 수신하여 왕복 시간을 측정하고, 소리의 속도를 이용하여 거리를 계산하는 것입니다. 기본 공식은 s = v × t / 2 입니다..
보다 정확한 초음파 거리 측정을 위해 설계자는 온도 보상, 사각지대, 대상 각도, 재료 반사, 환경 소음 및 센서 설치를 고려해야 합니다. 올바른 센서 선택과 신호 처리는 실제 응용 분야에서 측정 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
초음파 센서 측거 방식은 초음파 펄스를 보내고 반사된 에코를 수신해 소리의 전파 시간으로 거리를 계산해 거리를 측정하는 방식이다. 이를 초음파 비행 시간 또는 에코 범위라고도 합니다.
기본 초음파 거리 공식은 s = v × t/2 입니다 . 이 공식에서 s 는 거리, v 는 음속, t 는 측정된 초음파 펄스의 왕복 시간입니다.
센서는 초음파가 물체에 도달하고 돌아오는 데 걸리는 총 시간을 측정합니다. 이는 왕복이므로 센서와 대상 사이의 단방향 거리를 얻으려면 결과를 2로 나누어야 합니다.
온도는 공기 중의 소리 속도를 변화시킵니다. 온도가 변했지만 시스템이 여전히 고정된 음속을 사용하는 경우 계산된 거리에 오류가 발생합니다. 온도 보상은 초음파 범위 정확도를 향상시키는 데 도움이 됩니다.
사각지대는 센서가 안정적으로 측정할 수 없는 최소 거리입니다. 이는 일반적으로 전송 후 변환기 울림으로 인해 발생합니다. 단거리 감지를 위해서는 사각지대가 작은 초음파 센서를 선택하세요.
부드럽고 다공성이며 흡음성이 뛰어나고 매우 얇거나 날카로운 각도의 표면은 에코 강도를 감소시킬 수 있습니다. 폼, 천, 기울어진 물체는 초음파 거리 측정값을 약하거나 불안정하게 만들 수 있습니다.
초음파 거리 측정 센서는 주차 센서, 로봇 장애물 회피, 액체 레벨 측정, 산업 자동화, 건설 측정, 파이프라인 감지 및 비접촉 거리 측정 시스템에 일반적으로 사용됩니다.
