Skatījumi: 110 Autors: Grace Publicēšanas laiks: 2021-06-25 Izcelsme: Vietne
Ultraskaņas sensori ir ierīces, kas izmanto augstas frekvences skaņas viļņus, lai noteiktu objektus, izmērītu attālumu vai uzraudzītu kustību. Tie pārvērš elektriskos signālus ultraskaņas viļņos un pēc tam pārvērš atstarotās atbalss atpakaļ elektriskos signālos mērīšanai un kontrolei.
Ultraskaņas vilnis ir mehānisks skaņas vilnis, kura frekvence pārsniedz 20 kHz. Tā kā ultraskaņas viļņiem ir īss viļņa garums, laba virziena un relatīvi stabila izplatīšanās gaisā, tos plaši izmanto attāluma mērīšanā, objektu noteikšanā, šķidruma līmeņa noteikšanā, parkošanās sensoros, robotikā un rūpnieciskajā automatizācijā.
Tipisks ultraskaņas attāluma sensors izmanto raidītāju, lai izstarotu skaņas viļņus, un uztvērēju, lai uztvertu atstaroto viļņu. Mērot laiku starp pārraidi un atbalss uztveršanu, sensors var aprēķināt attālumu no sensora līdz mērķa objektam.
Ultraskaņas sensors ir bezkontakta sensors, kas izmanto ultraskaņu, lai noteiktu objekta klātbūtni, attālumu, pozīciju vai kustību. Tas var darboties kā ultraskaņas attāluma sensors, objektu noteikšanas sensors, šķidruma līmeņa sensors vai tuvuma sensors atkarībā no ķēdes konstrukcijas un pielietojuma.
Daudzos 40 kHz ultraskaņas sensoros ultraskaņas viļņu ģenerēšanai un uztveršanai izmanto keramikas devēju. Raidītājs nosūta ultraskaņas impulsu, un uztvērējs nosaka atbalsi, ko atstaro mērķis. Pēc tam sensora ķēde apstrādā atbalss signālu un izvada attāluma vai noteikšanas datus.
Ultraskaņas sensoru pāri var izveidot no atsevišķa raidītāja un uztvērēja, vai arī abas funkcijas var iegult vienā raiduztvērēja blokā. Zemāk esošajā attēlā redzami Manorshi 40kHz ultraskaņas raidītāja un uztvērēja komponenti. Vairāk ultraskaņas sensoru produktu ir pieejami vietnē Manorshi ultraskaņas sensors.
Ultraskaņas sensora darbības princips ir balstīts uz skaņas viļņu pārraidi, atstarošanu un atbalss noteikšanu. Sensors izstaro ultraskaņas impulsu mērķa virzienā. Kad skaņas vilnis sasniedz objekta virsmu, daļa no viļņa atstarojas atpakaļ uztvērējā.
Sensors mēra atbalss ceļojuma laiku, ko sauc arī par lidojuma laiku. Tā kā skaņas ātrums gaisā ir zināms, attālumu var aprēķināt no ultraskaņas viļņa turp un atpakaļ laika.
Attālums = skaņas ātrums × atbalss laiks / 2
Rezultāts tiek dalīts ar 2, jo skaņas vilnis virzās no sensora uz objektu un pēc tam atgriežas no objekta uz sensoru. Izmērītais atbalss laiks ir turp un atpakaļ, nevis vienvirziena laiks.
| Solis | Kas notiek |
|---|---|
| 1. Elektriskā signāla ieeja | Ķēde piedod elektrisko signālu ultraskaņas raidītājam. |
| 2. Ultraskaņas viļņu emisija | Pjezoelektriskais devējs vibrē un izstaro ultraskaņas viļņus. |
| 3. Atbalss atspulgs | Vilnis atspoguļojas, kad tas satiekas ar objektu, šķidruma virsmu vai saskarni. |
| 4. Atbalss uztveršana | Uztvērējs nosaka atstaroto ultraskaņas vilni. |
| 5. Signāla aprēķins | Vadības ķēde aprēķina attālumu no lidojuma laika. |
An ultraskaņas raidītājs parasti izmanto pjezoelektrisko keramikas kristālu, kas piestiprināts pie metāla vibrācijas plāksnes vai rezonatora. Kad pjezokeramikas elementam tiek pielikts mainīgs elektriskais spriegums, tas strauji izplešas un saraujas.
Šī mehāniskā vibrācija rada ultraskaņas viļņus. Rezonators un korpuss palīdz virzīt akustisko enerģiju uz priekšu, tāpēc izstarotais skaņas vilnis virzās kā virziena stars, nevis izplatās vienādi visos virzienos.
Ultraskaņas uztvērējs darbojas pretēji. Kad atstarots ultraskaņas vilnis sasniedz uztvērēju, vibrācijas plāksne kustas. Šī vibrācija tiek pārnesta uz pjezoelektrisko keramikas disku.
Pjezoelektriskā efekta dēļ keramikas elements ģenerē elektrisku signālu, kad tas tiek mehāniski nospriegots. Sensora ķēde pastiprina un apstrādā šo vājo signālu, lai noteiktu, vai atbalss ir atgriezusies un cik ilgi atbalss atnāca.
Īsāk sakot, ultraskaņas sensori var gan pārraidīt, gan uztvert ultraskaņas viļņus. Pārraidot, tie pārvērš elektrisko enerģiju ultraskaņas vibrācijā. Saņemot atbalsis, tie pārvērš ultraskaņas vibrāciju elektriskos signālos. Tāpēc tos sauc arī par ultraskaņas devējiem.
Tā kā pjezoelektriskais elements parasti ir apļveida, izstarotajam ultraskaņas viļņam ir virziena staru shēma. Stara šķērsgriezums bieži ir līdzīgs elipsei, tāpēc noteikšanas diapazonu ierobežo leņķis, frekvence, devēja izmērs, akustiskā jauda un mērķa atstarojums.
Dažām ultraskaņas sensoru konstrukcijām horizontālais noteikšanas leņķis var būt platāks par vertikālo noteikšanas leņķi. Piemēram, sensora horizontālais staru kūļa leņķis var būt aptuveni 120 grādi un vertikālais stara leņķis aptuveni 60 grādi atkarībā no struktūras un pielietojuma.
| Veiktspējas faktora | ietekme uz sensora darbību |
|---|---|
| Biežums | Zemākas frekvences virzās tālāk, savukārt augstākas frekvences var nodrošināt labāku izšķirtspēju īsākos diapazonos. |
| Stara leņķis | Šaurs stars uzlabo virziena noteikšanu; plats stars aptver lielāku platību. |
| Mērķa virsma | Plakanas, cietas virsmas labāk atstaro ultraskaņu nekā mīkstas, leņķiskas vai porainas virsmas. |
| Temperatūra | Temperatūra maina skaņas ātrumu un var ietekmēt attāluma precizitāti. |
| Vide | Putekļi, mitrums, vējš, putas, vibrācija un citi ultraskaņas avoti var ietekmēt signāla kvalitāti. |
Vienkārša struktūra un ērta izgatavošana.
Bezkontakta attāluma mērīšana, nepieskaroties mērķa objektam.
Mērķa krāsa, caurspīdīgums vai apkārtējā gaisma tos ietekmē mazāk nekā optiskos sensorus.
Piemērots caurspīdīgu priekšmetu, spīdīgu virsmu, šķidruma līmeņu un daudzu cietu materiālu noteikšanai.
Nav viegli traucēt parastajiem vides elektromagnētiskajiem laukiem.
Var konstruēt kā atvērta tipa, ūdensnecaurlaidīgu, augstfrekvences tipu, raidītāju, uztvērēju vai integrētu raiduztvērēju.
| Tips | Apraksts | Tipisks lietojums |
|---|---|---|
| Ultraskaņas raidītājs | Pārvērš elektriskos signālus ultraskaņas viļņos. | Distances moduļi, repellerierīces, sensoru sistēmas. |
| Ultraskaņas uztvērējs | Pārvērš ultraskaņas atbalss elektriskos signālos. | Atbalss noteikšanas un signālu uztveršanas shēmas. |
| Ultraskaņas raiduztvērējs | Apvieno pārraides un saņemšanas funkcijas vienā vienībā. | Kompakti attāluma sensori un objektu noteikšanas moduļi. |
| Ūdensizturīgs ultraskaņas sensors | Izmanto noslēgtu korpusu mitrai, āra vai ar šķidrumu saistītai videi. | Parkošanās sensori, āra attālums, tvertnes līmeņa noteikšana. |
| Augstas frekvences ultraskaņas sensors | Izmanto augstāku frekvenci labākai izšķirtspējai īsākos diapazonos. | Precīza noteikšana, medicīniskā, rūpnieciskā pārbaude. |
Ultraskaņas sensori tiek izmantoti visur, kur ir nepieciešams bezkontakta mērījums. Tie ir īpaši noderīgi, ja optiskos sensorus var ietekmēt krāsa, gaisma, caurspīdīgums, putekļi vai atspīdums.
Auto parkošanās sensori un atpakaļgaitas radars.
Robotu šķēršļu novēršana un navigācija.
Šķidruma līmeņa mērīšana tvertnēs un konteineros.
Rūpnieciskā automatizācija un objektu noteikšana.
Viedās atkritumu tvertnes, automātiskās durvis un klātbūtnes noteikšana.
Plūsmas mērīšana, noplūžu noteikšana un nesagraujošā pārbaude specializētās sistēmās.
Lai gan ultraskaņas sensori ir uzticami daudzos lietojumos, tie nav piemēroti katram mērķim vai videi. Mīksti, poraini, leņķiski, ļoti mazi vai skaņu absorbējoši objekti var radīt vājas atbalsis. Mērījumu precizitāti var ietekmēt arī putas, turbulence, spēcīga gaisa kustība un temperatūras izmaiņas.
Precīzai ultraskaņas attāluma mērīšanai inženieriem jāizvēlas pareizā frekvence, staru kūļa leņķis, sensora veids, uzstādīšanas pozīcija un kompensācijas metode. Bargā vidē parasti priekšroka tiek dota ūdensizturīgiem vai noslēgtiem ultraskaņas sensoriem.
Ultraskaņas sensori darbojas, pārraidot augstas frekvences skaņas viļņus un uztverot atstarotās atbalss. Attālums tiek aprēķināts no atbalss laika un skaņas ātruma, izmantojot lidojuma laika principu.
Tā kā ultraskaņas sensori ir bezkontakta, nejutīgi pret krāsu un gaismu un ir piemēroti daudziem cietiem un šķidriem mērķiem, tos plaši izmanto attāluma mērīšanai, objektu noteikšanā, šķidruma līmeņa noteikšanā, automobiļu sistēmās un rūpnieciskajā automatizācijā.
Ultraskaņas sensori mēra attālumu, izstarojot skaņas impulsu, saņemot atstaroto atbalsi un aprēķinot attālumu no atbalss laika. Pamatformula ir attālums = skaņas ātrums × laiks / 2.
Ultraskaņas raidītājs pārvērš elektrisko enerģiju ultraskaņas skaņas viļņos. Ultraskaņas uztvērējs pārvērš atstarotos ultraskaņas viļņus elektriskos signālos. Daži ultraskaņas devēji var veikt abas funkcijas vienā komponentā.
40 kHz ultraskaņas sensori ir izplatīti, jo tie piedāvā praktisku līdzsvaru starp diapazonu, jutību, komponentu izmēru, enerģijas patēriņu un izmaksām. Tos plaši izmanto diapazona moduļos, objektu noteikšanas un parkošanās sensoru sistēmās.
Jā. Tā kā ultraskaņas sensori gaismas vietā izmanto skaņas viļņus, tie var noteikt daudzus caurspīdīgus objektus, kas ir grūti optiskajiem sensoriem. Faktiskais rezultāts ir atkarīgs no objekta formas, leņķa, izmēra un akustiskā atstarojuma.
Precizitāti var ietekmēt temperatūra, mitrums, vējš, mērķa leņķis, mērķa materiāls, virsmas raupjums, sensoru izlīdzināšana, staru kūļa leņķis, vides troksnis un atbalss traucējumi no tuvumā esošiem objektiem.
Ultraskaņas sensorus parasti neietekmē redzamā gaisma vai objektu krāsa, jo tie izmanto skaņas viļņus. Tas padara tos noderīgus tumšā vidē, caurspīdīgiem mērķiem, spīdīgām virsmām un lietojumiem, kur optiskie sensori var būt neuzticami.
Ultraskaņas attāluma sensori tiek izmantoti automašīnu atpakaļgaitas radarā, robotu šķēršļu novēršanai, šķidruma līmeņa mērīšanai, rūpnieciskajai automatizācijai, viedajām atkritumu tvertnēm, automātiskajām durvīm, parkošanās sistēmām un bezkontakta noteikšanas iekārtām.
