Skatījumi: 352 Autors: Vietnes redaktors Publicēšanas laiks: 2020-05-22 Izcelsme: Vietne
Ikdienas ražošanā un dzīvē, Ultraskaņas diapazona sensori tiek plaši izmantoti automašīnu atpakaļgaitas radaram, robotu šķēršļu novēršanai, konstrukcijas mērīšanai, šķidruma līmeņa noteikšanai, akas dziļuma mērīšanai, cauruļvada garuma mērīšanai un citiem bezkontakta attāluma mērīšanas lietojumiem.
Galvenā ultraskaņas sensora diapazona noteikšanas metode ir lidojuma laika mērīšana. Sensors izstaro ultraskaņas impulsu, uztver atbalsi, kas atstaro no mērķa, mēra turp un atpakaļ laiku un aprēķina attālumu no skaņas ātruma.
Parastās ultraskaņas diapazona noteikšanas sistēmas parasti ir balstītas uz vienas mikroshēmas mikrodatoru, iegulto kontrolieri vai CPLD. Neatkarīgi no tā, kura vadības platforma tiek izmantota, pamata konstrukcijai vispirms ir jāsaprot ultraskaņas atbalss diapazons, skaņas ātrums, temperatūras kompensācija, aklā zona un mērķa atstarošanas apstākļi.
Ultraskaņas sensors pārvērš elektriskos signālus ultraskaņas viļņos un pārvērš saņemtās ultraskaņas atbalsis atpakaļ elektriskos signālos. Ultraskaņas viļņi ir mehāniski viļņi, kuru frekvence pārsniedz 20 kHz. Tiem ir spēcīga virzība, lēni enerģijas zudumi un salīdzinoši liels izplatīšanās attālums gaisā, šķidrā vai cietā vidē.
Kad ultraskaņas vilnis sasniedz šķērsli, saskarni, šķidruma virsmu vai cietu mērķi, daļa no viļņa tiek atspoguļota atpakaļ kā atbalss. Uztverošais elements nosaka šo atbalsi, un vadības ķēde aprēķina attālumu no izmērītā brauciena laika.
Tā kā ultraskaņas attāluma mērīšana ir bezkontakta, zemas izmaksas un pielāgojama daudziem materiāliem, tā nodrošina noderīgu līdzsvaru starp reāllaika reakciju, precizitāti, uzticamību un cenu.
Visizplatītākā ultraskaņas diapazona noteikšanas metode ir turp un atpakaļ laika noteikšanas metode, ko sauc arī par lidojuma laika vai ToF mērīšanu. Sensors sūta ultraskaņas impulsu vienā virzienā un sāk laika skaitīšanu. Kad atbalss atgriežas, sistēma pārtrauc laika skaitīšanu un aprēķina vienvirziena attālumu.
Ja s ir attālums starp sensoru un izmērīto mērķi, t ir izmērītais turp un atpakaļ laiks un v ir skaņas izplatīšanās ātrums, attāluma formula ir:
s = v × t / 2
Dalīšana ar 2 ir nepieciešama, jo ultraskaņas impulss virzās no sensora uz mērķi un pēc tam atgriežas no mērķa uz sensoru. Izmērītais laiks ir kopējais turp un atpakaļ, nevis vienvirziena brauciena laiks.
Augstas precizitātes ultraskaņas attāluma mērīšanai svarīga ir temperatūras kompensācija, jo skaņas ātrums gaisā mainās līdz ar temperatūru. Silts gaiss palielina skaņas ātrumu, bet auksts gaiss to samazina.
Parasti izmantotā temperatūras kompensācijas formula ir:
v = 331,4 + 0,607 T
Šajā formulā T ir apkārtējās vides temperatūra °C, un v ir skaņas ātrums m/s. Temperatūras kompensācijas pievienošana var samazināt mērījumu kļūdu, īpaši āra, rūpnieciskā vai mainīgas temperatūras vidē.
| Metode | Kā tā darbojas | Vislabāk Izmantošana |
|---|---|---|
| Lidojuma laika metode | Mēra laiku starp ultraskaņas pārraidi un atbalss uztveršanu. | Attāluma mērīšana, šķēršļu noteikšana, šķidruma līmeņa mērīšana. |
| Fāzes noteikšanas metode | Aprēķina attālumu no fāzes starpības starp izstarotajiem un uztvertajiem viļņiem. | Neliela diapazona un augstākas izšķirtspējas mērīšanas sistēmas. |
| Atbalss amplitūdas metode | Analizē atstarotā ultraskaņas signāla stiprumu. | Mērķa noteikšana, materiāla atstarošanas analīze, signāla kvalitātes novērtējums. |
| faktora | ietekmi uz mērījumu | optimizācijas padoms |
|---|---|---|
| Temperatūra | Maina skaņas ātrumu un izraisa attāluma kļūdu. | Vadības algoritmā izmantojiet temperatūras kompensāciju. |
| Aklā zona | Ļoti tuvus mērķus var noteikt nepareizi devēja zvana dēļ. | Izvēlieties maza aklās zonas ultraskaņas sensoru neliela diapazona mērījumiem. |
| Mērķa leņķis | Leņķiskās virsmas var atstarot atbalsi no uztvērēja. | Turiet sensoru pēc iespējas perpendikulāri mērķa virsmai. |
| Mērķa materiāls | Mīksti, poraini vai skaņu absorbējoši materiāli samazina atbalss stiprumu. | Produkta validācijas laikā pārbaudiet faktisko mērķa materiālu. |
| Vides troksnis | Citi ultraskaņas avoti vai vibrācija var izraisīt nepareizus rādījumus. | Izmantojiet filtrēšanu, ekranēšanu un piemērotu izlases loģiku. |
| Ūdens, putekļi un korozija | Barga vide var samazināt sensora kalpošanas laiku un signāla kvalitāti. | Ja nepieciešams, izmantojiet ūdensizturīgus un korozijizturīgus ultraskaņas sensorus. |
Parasta ultraskaņas diapazona noteikšanas struktūra izmanto vienu raidīšanas galvu un vienu uztveršanas galvu. Raidītājs izstaro ultraskaņas viļņus, un uztvērējs nosaka atstaroto atbalsi. Šī struktūra ir vienkārša un piemērota daudziem vispārīgiem attāluma mērīšanas lietojumiem.
Dažas sistēmas izmanto vairākas raidgalvas ar vienu uztveršanas galviņu vai vairākus sensoru moduļus, kas sakārtoti masīvā. Šis dizains var uzlabot noteikšanas pārklājumu, samazināt aklās zonas un atbalstīt sarežģītākus mērījumu scenārijus, piemēram, robotu navigāciju vai daudzpunktu šķidruma līmeņa noteikšanu.
Automašīnu atpakaļgaitas radars un parkošanās palīdzības sistēmas.
Robota šķēršļu novēršana un automātiska navigācija.
Šķidruma līmeņa mērīšana tvertnēs, konteineros un rūpnieciskajās iekārtās.
Akas dziļums, cauruļvada garums un būvlaukuma mērījumi.
Objektu noteikšana automatizācijas iekārtās un ražošanas līnijās.
Ūdensnecaurlaidīga attāluma noteikšana āra vai mitrā vidē.
Ultraskaņas diapazona sensori ir populāri, jo tie atbalsta bezkontakta mērīšanu, tiem ir vienkāršs darbības princips un tie var noteikt daudzus cietus un šķidrus mērķus neatkarīgi no krāsas vai caurspīdīguma. Tie ir arī rentabli salīdzinājumā ar dažiem optiskiem vai lāzera mērījumu risinājumiem.
Izmantojot maza leņķa un mazas aklo zonas ultraskaņas sensoru, sistēma var sasniegt precīzākus mērījumus kompaktās telpās. Ūdensnecaurlaidīgs un pret koroziju izturīgs dizains padara ultraskaņas sensorus noderīgus arī šķidruma līmeņa, āra un rūpnieciskos lietojumos.
Ultraskaņas attāluma mērīšanas princips ir sūtīt ultraskaņas viļņus uz mērķi, uztvert atstaroto atbalsi, izmērīt turp un atpakaļ laiku un aprēķināt attālumu, izmantojot skaņas ātrumu. Pamatformula ir s = v × t / 2.
Lai iegūtu precīzāku ultraskaņas diapazonu, dizaineriem jāapsver temperatūras kompensācija, aklā zona, mērķa leņķis, materiāla atstarošana, vides troksnis un sensora uzstādīšana. Pareiza sensora izvēle un signālu apstrāde var uzlabot mērījumu stabilitāti reālos lietojumos.
Ultraskaņas sensora diapazona noteikšanas metode mēra attālumu, nosūtot ultraskaņas impulsu, saņemot atstaroto atbalsi un aprēķinot attālumu no skaņas pārvietošanās laika. To sauc arī par ultraskaņas lidojuma laiku vai atbalss diapazonu.
Ultraskaņas attāluma pamatformula ir s = v × t / 2 . Šajā formulā s ir attālums, v ir skaņas ātrums, un t ir izmērītais ultraskaņas impulsa turp un atpakaļ laiks.
Sensors mēra kopējo laiku, kurā ultraskaņas vilnis pārvietojas uz objektu un atgriežas. Tā kā šis ir brauciens turp un atpakaļ, rezultāts ir jādala ar 2, lai iegūtu vienvirziena attālumu starp sensoru un mērķi.
Temperatūra maina skaņas ātrumu gaisā. Ja temperatūra mainās, bet sistēma joprojām izmanto fiksētu skaņas ātrumu, aprēķinātajā attālumā būs kļūda. Temperatūras kompensācija palīdz uzlabot ultraskaņas diapazona precizitāti.
Aklā zona ir minimālais attālums, kurā sensors nevar droši izmērīt. To parasti izraisa devēja zvana signāls pēc pārraides. Īsa diapazona noteikšanai izvēlieties ultraskaņas sensoru ar nelielu aklo zonu.
Mīkstas, porainas, skaņu absorbējošas, ļoti plānas vai asa leņķa virsmas var samazināt atbalss stiprumu. Putuplasta, auduma un leņķveida priekšmeti var izraisīt vājus vai nestabilus ultraskaņas attāluma rādījumus.
Ultraskaņas attāluma noteikšanas sensorus parasti izmanto parkošanās sensoros, robotu šķēršļu izvairīšanās, šķidruma līmeņa mērīšanas, rūpnieciskās automatizācijas, būvniecības mērījumu, cauruļvadu noteikšanas un bezkontakta attāluma mērīšanas sistēmās.
