조회수: 110 저자: Grace 게시 시간: 2021-06-25 출처: 대지
초음파 센서는 고주파 음파를 사용하여 물체를 감지하고 거리를 측정하거나 움직임을 모니터링하는 장치입니다. 전기 신호를 초음파로 변환한 다음 반사된 에코를 다시 전기 신호로 변환하여 측정 및 제어합니다.
초음파는 20kHz보다 높은 주파수를 갖는 기계적 음파입니다. 초음파는 파장이 짧고 방향성이 양호하며 공기 중에서 상대적으로 안정적으로 전파되므로 거리 측정, 물체 감지, 액체 레벨 감지, 주차 센서, 로봇 공학 및 산업 자동화에 널리 사용됩니다.
일반적인 초음파 거리 센서는 송신기를 사용하여 음파를 방출하고 수신기를 사용하여 반사파를 포착합니다. 센서는 전송과 에코 수신 사이의 시간을 측정하여 센서에서 대상 물체까지의 거리를 계산할 수 있습니다.
초음파 센서는 초음파를 사용하여 물체의 존재 여부, 거리, 위치 또는 움직임을 감지하는 비접촉식 센서입니다. 회로 설계 및 용도에 따라 초음파 거리 센서, 물체 감지 센서, 액체 레벨 센서 또는 근접 센서로 작동할 수 있습니다.
많은 40kHz 초음파 센서에서는 세라믹 변환기를 사용하여 초음파를 생성하고 수신합니다. 송신기는 초음파 펄스를 보내고 수신기는 대상에서 반사된 에코를 감지합니다. 그런 다음 센서 회로는 에코 신호를 처리하고 거리 또는 감지 데이터를 출력합니다.
한 쌍의 초음파 센서는 별도의 송신기와 수신기로 구성될 수 있으며 두 기능을 모두 단일 트랜시버 장치에 내장할 수도 있습니다. 아래 이미지는 Manorshi 40kHz 초음파 송신기 및 수신기 구성 요소를 보여줍니다. 더 많은 초음파 센서 제품을 만나보실 수 있습니다. 마노르시 초음파 센서.
초음파 센서의 작동 원리는 음파 전송, 반사 및 에코 감지를 기반으로 합니다. 센서는 대상을 향해 초음파 펄스를 방출합니다. 음파가 물체 표면에 도달하면 파동의 일부가 수신기로 다시 반사됩니다.
센서는 비행 시간이라고도 불리는 에코 이동 시간을 측정합니다. 공기 중에서 소리의 속도를 알 수 있으므로 초음파의 왕복 시간을 통해 거리를 계산할 수 있습니다.
거리 = 소리의 속도 × 에코 시간 / 2
음파가 센서에서 물체로 이동한 다음 물체에서 센서로 돌아오기 때문에 결과를 2로 나눕니다. 측정된 에코 시간은 단방향 시간이 아닌 왕복 시간입니다.
| 단계 | 무슨 일이 일어나는지 |
|---|---|
| 1. 전기신호 입력 | 회로는 초음파 송신기에 전기 신호를 적용합니다. |
| 2. 초음파 방출 | 압전 변환기는 진동하여 초음파를 방출합니다. |
| 3. 에코 반사 | 파동은 물체, 액체 표면 또는 인터페이스를 만날 때 반사됩니다. |
| 4. 에코 수신 | 수신기는 반사된 초음파를 감지합니다. |
| 5. 신호 계산 | 제어 회로는 비행 시간으로부터의 거리를 계산합니다. |
안 초음파 송신기는 일반적으로 금속 진동판이나 공진기에 부착된 압전 세라믹 크리스탈을 사용합니다. 압전세라믹 소자에 교류 전압이 가해지면 소자가 빠르게 팽창하고 수축합니다.
이 기계적 진동은 초음파를 생성합니다. 공진기와 하우징은 음향 에너지를 앞으로 전달하는 데 도움이 되므로 방출된 음파는 모든 방향으로 균등하게 퍼지지 않고 방향성 빔으로 이동합니다.
초음파 수신기는 반대 방식으로 작동합니다. 반사된 초음파가 수신기에 도달하면 진동판이 움직입니다. 이 진동은 압전 세라믹 디스크로 전달됩니다.
압전 효과로 인해 세라믹 요소는 기계적으로 응력을 받을 때 전기 신호를 생성합니다. 센서 회로는 이 약한 신호를 증폭하고 처리하여 에코가 반환되었는지 여부와 에코가 도착하는 데 걸린 시간을 확인합니다.
간단히 말해서, 초음파 센서는 초음파를 전송하고 수신할 수 있습니다. 전송 시 전기 에너지를 초음파 진동으로 변환합니다. 에코를 수신하면 초음파 진동을 전기 신호로 변환합니다. 이것이 초음파 변환기라고도 불리는 이유입니다.
압전소자는 일반적으로 원형이기 때문에 방출된 초음파는 방향성 빔 패턴을 갖습니다. 빔 단면은 타원과 유사한 경우가 많으므로 감지 범위는 각도, 주파수, 변환기 크기, 음향 전력 및 표적 반사에 의해 제한됩니다.
일부 초음파 센서 설계의 경우 수평 감지 각도가 수직 감지 각도보다 넓을 수 있습니다. 예를 들어, 센서는 구조 및 용도에 따라 약 120도의 수평 빔 각도와 약 60도의 수직 빔 각도를 가질 수 있습니다.
| 성능 요인 영향 | 센서 작업에 대한 |
|---|---|
| 빈도 | 주파수가 낮을수록 더 멀리 이동하는 반면, 주파수가 높을수록 짧은 범위에서 더 나은 분해능을 제공할 수 있습니다. |
| 빔 각도 | 좁은 빔은 방향 감지를 향상시킵니다. 넓은 빔은 더 많은 영역을 커버합니다. |
| 대상 표면 | 평평하고 단단한 표면은 부드럽고 각진 표면이나 다공성 표면보다 초음파를 더 잘 반사합니다. |
| 온도 | 온도는 소리의 속도를 변화시키고 거리 정확도에 영향을 줄 수 있습니다. |
| 환경 | 먼지, 습기, 바람, 거품, 진동 및 기타 초음파 소스는 신호 품질에 영향을 미칠 수 있습니다. |
구조가 간단하고 제조가 편리합니다.
대상 물체를 만지지 않고 비접촉 거리 측정.
광학 센서보다 대상 색상, 투명도, 주변광의 영향을 덜 받습니다.
투명한 물체, 광택 있는 표면, 액체 레벨 및 다양한 고체 물질을 감지하는 데 적합합니다.
일반적인 환경 전자기장의 영향을 쉽게 받지 않습니다.
개방형, 방수형, 고주파수형, 송신기, 수신기 또는 통합형 트랜시버로 설계할 수 있습니다.
| 유형 | 설명 | 일반적인 용도 |
|---|---|---|
| 초음파 송신기 | 전기 신호를 초음파로 변환합니다. | 거리 모듈, 리펠러 장치, 감지 시스템. |
| 초음파 수신기 | 초음파 에코를 전기 신호로 변환합니다. | 에코 감지 및 신호 수신 회로. |
| 초음파 트랜시버 | 송신 및 수신 기능을 하나의 장치에 결합합니다. | 소형 거리 센서 및 물체 감지 모듈. |
| 방수 초음파 센서 | 습한, 실외 또는 액체 관련 환경을 위해 밀봉된 하우징을 사용합니다. | 주차 센서, 실외 거리 측정, 탱크 레벨 감지. |
| 고주파 초음파 센서 | 더 짧은 범위에서 더 나은 분해능을 위해 더 높은 주파수를 사용합니다. | 정밀검출, 의료, 산업검사. |
초음파 센서는 비접촉 측정이 필요한 모든 곳에 사용됩니다. 이는 광학 센서가 색상, 빛, 투명도, 먼지 또는 눈부심의 영향을 받을 수 있는 경우 특히 유용합니다.
자동차 주차 센서 및 후진 레이더.
로봇 장애물 회피 및 탐색.
탱크 및 용기의 액체 레벨 측정.
산업 자동화 및 물체 감지.
스마트 쓰레기통, 자동문, 존재 감지.
특수 시스템에서의 유량 측정, 누출 감지 및 비파괴 테스트.
초음파 센서는 많은 응용 분야에서 신뢰할 수 있지만 모든 대상이나 환경에 적합한 것은 아닙니다. 부드럽거나, 다공성이거나, 각진 물체, 매우 작거나 흡음하는 물체는 약한 에코를 반환할 수 있습니다. 거품, 난기류, 강한 공기 흐름 및 온도 변화도 측정 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다.
정확한 초음파 거리 측정을 위해 엔지니어는 올바른 주파수, 빔 각도, 센서 유형, 설치 위치 및 보상 방법을 선택해야 합니다. 열악한 환경에서는 일반적으로 방수 또는 밀봉된 초음파 센서가 선호됩니다.
초음파 센서는 고주파 음파를 전송하고 반사된 에코를 수신하여 작동합니다. 거리는 비행 시간 원리를 사용하여 에코 시간과 소리의 속도로부터 계산됩니다.
초음파 센서는 비접촉식이고 색상과 빛에 둔감하며 많은 고체 및 액체 대상에 적합하기 때문에 거리 측정, 물체 감지, 액체 레벨 감지, 자동차 시스템 및 산업 자동화에 널리 사용됩니다.
초음파 센서는 사운드 펄스를 방출하고 반사된 에코를 수신하고 에코 시간으로부터 거리를 계산하여 거리를 측정합니다. 기본 공식은 거리 = 소리의 속도 × 시간 / 2입니다.
초음파 송신기는 전기 에너지를 초음파 음파로 변환합니다. 초음파 수신기는 반사된 초음파를 전기 신호로 변환합니다. 일부 초음파 변환기는 하나의 구성 요소에서 두 가지 기능을 모두 수행할 수 있습니다.
40kHz 초음파 센서는 범위, 감도, 구성 요소 크기, 전력 소비 및 비용 간의 실질적인 균형을 제공하기 때문에 일반적입니다. 이 센서는 거리 측정 모듈, 물체 감지 및 주차 센서 시스템에 널리 사용됩니다.
예. 초음파 센서는 빛 대신 음파를 사용하기 때문에 광학 센서로는 감지하기 어려운 투명한 물체를 많이 감지할 수 있습니다. 실제 결과는 물체의 모양, 각도, 크기 및 음향 반사에 따라 달라집니다.
정확도는 온도, 습도, 바람, 대상 각도, 대상 물질, 표면 거칠기, 센서 정렬, 빔 각도, 환경 소음 및 근처 물체의 반향 간섭에 의해 영향을 받을 수 있습니다.
초음파 센서는 일반적으로 음파를 사용하기 때문에 가시광선이나 물체의 색상에 영향을 받지 않습니다. 따라서 어두운 환경, 투명한 대상, 빛나는 표면 및 광학 센서를 신뢰할 수 없는 응용 분야에 유용합니다.
초음파 거리 센서는 자동차 후진 레이더, 로봇 장애물 회피, 액체 수위 측정, 산업 자동화, 스마트 쓰레기통, 자동문, 주차 시스템 및 비접촉 감지 장비에 사용됩니다.
