Skatījumi: 585 Autors: Vietnes redaktors Publicēšanas laiks: 2020-05-21 Izcelsme: Vietne
Ultraskaņas sensori ir bezkontakta sensori, kas izmanto augstas frekvences skaņas viļņus, lai noteiktu objektus, izmērītu attālumu, uzraudzītu šķidruma līmeni un noteiktu materiāla stāvokli. Tos plaši izmanto ražošanā, energosistēmās, metalurģijā, būvmateriālos, ķimikālijās, pārtikas pārstrādē, automašīnās, noliktavās, kuģos, tekstilizstrādājumos, transportā, robotikā, šķidruma līmeņa uzraudzībā, atvērtā kanāla plūsmas noteikšanā un rūpnieciskajā automatizācijā.
Ultraskaņas sensoru galvenās priekšrocības ir augsta mērījumu precizitāte, stabila darbība, bezkontakta noteikšana, spēcīga virzība un spēja strādāt ar daudziem šķidriem un cietiem materiāliem. Tomēr ultraskaņas sensoriem ir arī ierobežojumi, piemēram, fiksēts frekvenču diapazons, salīdzinoši augsts braukšanas spriegums, aklās zonas, ierobežots diapazons un jutība pret temperatūru, mīkstiem materiāliem, gaisa plūsmu un uzstādīšanas apstākļiem.
Ultraskaņas sensors darbojas, pārraidot ultraskaņas viļņus un uztverot atstaroto atbalsi. Sensors sūta augstas frekvences skaņas impulsu mērķa virzienā. Kad skaņas vilnis sasniedz objekta virsmu, daļa no viļņa tiek atspoguļota atpakaļ uztvērējā. Pēc tam sensors aprēķina attālumu vai pozīciju, pamatojoties uz laiku starp pārraidi un saņemšanu.
Ultraskaņas zondes pamatā parasti ir pjezoelektriskie keramikas elementi. Šie pjezoelektriskie elementi var pārveidot elektrisko enerģiju mehāniskā vibrācijā, lai pārraidītu ultraskaņas viļņus, un tie var arī pārveidot saņemto vibrāciju atpakaļ elektriskos signālos.
Kad pielietotais impulsa signāls atbilst pjezoelektriskā elementa dabiskajai rezonanses frekvencei, elements spēcīgi vibrē un ģenerē ultraskaņas viļņus. Kad atstarotie viļņi atgriežas zondē, pjezoelektriskais elements saņem vibrāciju un pārvērš to elektriskā signālā analīzei.
| Priekšrocības | , kāpēc tas ir svarīgi |
|---|---|
| Bezkontakta mērīšana | Sensors var noteikt objektus, tiem nepieskaroties, kas ir noderīgi trausliem, kustīgiem, karstiem vai kodīgiem materiāliem. |
| Darbojas ar daudziem materiāliem | Ultraskaņas sensori var izmērīt daudzus šķidrumus un cietas vielas, tostarp necaurspīdīgus materiālus, kas ir grūti optiskajiem sensoriem. |
| To neietekmē krāsa vai caurspīdīgums | Tā kā noteikšanas pamatā ir skaņas atstarošana, mērķa krāsai un caurspīdīgumam parasti ir maza ietekme uz mērījumu. |
| Laba virzība | Ultraskaņas viļņiem ir īsi viļņu garumi un spēcīga virziena, tādēļ tie ir piemēroti attāluma un līmeņa mērīšanai. |
| Var strādāt tumšā vidē | Atšķirībā no optiskajiem sensoriem, ultraskaņas sensori nav atkarīgi no redzamās gaismas. |
| Noderīga putekļos, dūmos vai miglā | Daudzi ultraskaņas sensori var darboties labāk nekā optiskie sensori putekļainā, dūmakā vai vājā apgaismojumā. |
| Trūkumi | ietekme uz pielietojumu |
|---|---|
| Fiksēts frekvenču diapazons | 40 kHz sensors parasti darbojas tikai tā paredzētā frekvenču diapazona tuvumā, piemēram, aptuveni 38–42 kHz. |
| Augstāks braukšanas spriegums | Dažiem ultraskaņas devējiem ir nepieciešams augsts spriegums no maksimuma līdz maksimumam, tāpēc zemsprieguma ķēdēm var būt nepieciešama pastiprināšanas ķēde vai transformators. |
| Temperatūras ietekme | Skaņas ātrums mainās līdz ar gaisa temperatūru, kas var ietekmēt attāluma mērīšanas precizitāti. |
| Mīkstie materiāli absorbē skaņu | Putas, audums un citas mīkstas virsmas var absorbēt ultraskaņas viļņus un samazināt atbalss stiprumu. |
| Aklā zona | Objekti, kas atrodas pārāk tuvu sensoram, var būt minimālā noteikšanas attāluma robežās, un tos nevar precīzi izmērīt. |
| Ierobežots diapazons | Ultraskaņas viļņi vājina līdz ar attālumu, tāpēc sensora diapazonu ierobežo frekvence, jauda, mērķa virsma un vide. |
Ultraskaņas viļņiem ir augsta frekvence, īss viļņa garums, neliela difrakcija, spēcīga virziena un laba iespiešanās daudzos šķidrumos un cietās vielās. Kad ultraskaņas viļņi saskaras ar piemaisījumu, robežu vai materiāla saskarni, tie rada atstarotas atbalsis, kuras var noteikt un analizēt.
Ultraskaņas sensori var arī atbalstīt uz Doplera balstītu kustīgu objektu noteikšanu. Tas padara ultraskaņas tehnoloģiju noderīgu attāluma mērīšanā, šķidruma līmeņa mērīšanā, objektu noteikšanā, plūsmas uzraudzībā, defektu noteikšanā, robotikā, autostāvvietā, rūpnieciskajā automatizācijā un medicīnas iekārtās.
Atklāšanai un mērīšanai bieži izmanto mazjaudas ultraskaņas zondes. Atkarībā no viļņu veida un struktūras ultraskaņas zondes var ietvert taisnas zondes garenvirziena viļņiem, slīpas zondes šķērsviļņiem, virsmas viļņu zondes, Lamb viļņu zondes un dubultās zondes, kur viens elements pārraida un otrs saņem.
Rūpnieciskiem un patērētāju lietojumiem parastie produkti ietver atvērtā tipa ultraskaņas sensorus, ūdensizturīgus ultraskaņas sensorus, augstfrekvences ultraskaņas sensorus, parkošanās sensorus un līmeņa sensorus. Pareizā izvēle ir atkarīga no diapazona, frekvences, korpusa, ūdensnecaurlaidības, mērķa materiāla un uzstādīšanas vides.
Ultraskaņas sensora precizitāte ir atkarīga no frekvences, jutības, braukšanas sprieguma, mērķa virsmas, gaisa temperatūras, mitruma, gaisa plūsmas, uzstādīšanas leņķa un atbalss signāla apstrādes. Sensors ar temperatūras kompensāciju var samazināt kļūdu, ko izraisa skaņas ātruma izmaiņas.
Jutība galvenokārt ir atkarīga no pjezoelektriskā elementa. Lielāks elektromehāniskās savienojuma koeficients parasti nozīmē lielāku jutību. Lielāka jutība palīdz sensoram uztvert vājākas atbalsis, taču galīgā veiktspēja joprojām ir atkarīga no visas ķēdes konstrukcijas un lietojumprogrammas vides.
Ultraskaņas sensori tiek izmantoti rūpnieciskajos mērījumos, lauksaimniecībā, vieglajā rūpniecībā, medicīnas iekārtās, parkošanās sistēmās, robotikā, drošības sistēmās, līmeņa uzraudzībā, objektu noteikšanā un nesagraujošās pārbaudēs. Tie var noteikt skaņas un atbalsis, ko cilvēka ausis nedzird, un pēc tam pārvērst informāciju noderīgos attāluma, atrašanās vietas vai materiāla datos.
Praktiskos lietojumos ultraskaņas diapazona noteikšanu var izmantot šķēršļu novēršanai, tvertnes līmeņa mērīšanai, atvērta kanāla plūsmas noteikšanai, transportlīdzekļa atpakaļgaitas palīdzībai, robotu navigācijai, materiāla pozicionēšanai un defektu noteikšanai metāla vai cietās konstrukcijās.
Izvēloties ultraskaņas sensoru, vispirms apstipriniet noteikšanas attālumu, aklo zonu, mērķa materiālu, nepieciešamo precizitāti, darbības frekvenci, braukšanas spriegumu, staru kūļa leņķi, reakcijas laiku, ūdensnecaurlaidības prasību un darba temperatūras diapazonu.
Āra vai mitrā vidē parasti priekšroka tiek dota ūdensizturīgam ultraskaņas sensoram. Precīzai neliela diapazona noteikšanai augstākas frekvences sensors var nodrošināt labāku izšķirtspēju. Liela attāluma noteikšanai piemērotāka var būt zemāka frekvence un lielāka raidīšanas jauda.
Pirms masveida ražošanas pārbaudiet sensoru reālajā uzstādīšanas pozīcijā un vidē. Montāžas leņķis, korpusa atvērums, mērķa forma, tuvumā esošie šķēršļi, temperatūras svārstības un elektriskais troksnis var ietekmēt faktisko veiktspēju.
Ultraskaņas sensori piedāvā precīzus, stabilus un bezkontakta mērījumus daudziem šķidriem un cietiem materiāliem. Tie ir īpaši noderīgi, ja optisko noteikšanu ietekmē krāsa, caurspīdīgums, tumsa, putekļi, dūmi vai virsmas atstarošana.
Tajā pašā laikā ultraskaņas sensori nav piemēroti katrai situācijai. Pirms sensora izvēles inženieriem jāņem vērā frekvence, spriegums, jutība, temperatūras kompensācija, aklā zona, diapazons, mērķa materiāls un uzstādīšanas apstākļi.
Ultraskaņas sensors mēra attālumu, nosūtot augstfrekvences skaņas impulsu un saņemot atstaroto atbalsi. Attālums tiek aprēķināts no laika, kas nepieciešams, lai skaņas vilnis nokļūtu līdz mērķim un atgrieztos.
Ultraskaņas sensori var būt ļoti precīzi piemērotos apstākļos, īpaši bezkontakta attāluma un līmeņa mērīšanai. Precizitāte ir atkarīga no temperatūras, mitruma, mērķa virsmas, sensora frekvences, uzstādīšanas leņķa un signāla apstrādes.
Temperatūra maina skaņas ātrumu gaisā. Mainoties temperatūrai, izmērītais attālums var mainīties, ja vien sensors neizmanto temperatūras kompensāciju vai sistēma nelabo rādījumu.
Izvēlieties atvērta tipa ultraskaņas sensoru tīrai iekštelpu videi un kompaktam aprīkojumam. Izvēlieties ūdensizturīgu ultraskaņas sensoru āra, mitrai, putekļainai vai šļakatām pakļautai videi.
Izmantojiet pareizo frekvenci, turiet sensoru saskaņotā ar mērķi, izvairieties no tuvumā esošajiem šķēršļiem, nodrošiniet stabilu braukšanas spriegumu, izmantojiet temperatūras kompensāciju un pārbaudiet sensoru galīgajā uzstādīšanas vidē.
