Pandangan: 585 Pengarang: Editor Tapak Masa Terbit: 2020-05-21 Asal: tapak
Penderia ultrasonik ialah penderia bukan sentuhan yang menggunakan gelombang bunyi frekuensi tinggi untuk mengesan objek, mengukur jarak, memantau paras cecair dan mengenal pasti kedudukan bahan. Ia digunakan secara meluas dalam pembuatan, sistem kuasa, metalurgi, bahan binaan, bahan kimia, pemprosesan makanan, kereta, pergudangan, kapal, tekstil, pengangkutan, robotik, pemantauan tahap cecair, pengesanan aliran saluran terbuka dan automasi industri.
Kelebihan utama penderia ultrasonik ialah ketepatan pengukuran yang tinggi, operasi yang stabil, pengesanan tanpa sentuhan, arah yang kuat, dan keupayaan untuk bekerja dengan banyak bahan cecair dan pepejal. Walau bagaimanapun, penderia ultrasonik juga mempunyai had, seperti julat frekuensi tetap, voltan pemanduan yang agak tinggi, zon buta, julat terhad dan kepekaan terhadap suhu, bahan lembut, aliran udara dan keadaan pemasangan.
Penderia ultrasonik berfungsi dengan menghantar gelombang ultrasonik dan menerima gema yang dipantulkan. Sensor menghantar nadi bunyi frekuensi tinggi ke arah sasaran. Apabila gelombang bunyi mencapai permukaan objek, sebahagian daripada gelombang dipantulkan kembali ke penerima. Sensor kemudian mengira jarak atau kedudukan berdasarkan masa antara penghantaran dan penerimaan.
Probe ultrasonik biasanya berdasarkan unsur seramik piezoelektrik. Unsur piezoelektrik ini boleh menukarkan tenaga elektrik kepada getaran mekanikal untuk menghantar gelombang ultrasonik, dan ia juga boleh menukarkan getaran yang diterima kembali kepada isyarat elektrik.
Apabila isyarat nadi yang digunakan sepadan dengan frekuensi resonans semula jadi unsur piezoelektrik, elemen itu bergetar dengan kuat dan menghasilkan gelombang ultrasonik. Apabila gelombang pantulan kembali ke probe, elemen piezoelektrik menerima getaran dan menukarnya menjadi isyarat elektrik untuk analisis.
| Kelebihan | Mengapa Ia Penting |
|---|---|
| Pengukuran bukan sentuhan | Penderia boleh mengesan objek tanpa menyentuhnya, yang berguna untuk bahan rapuh, bergerak, panas atau menghakis. |
| Bekerja dengan banyak bahan | Penderia ultrasonik boleh mengukur banyak cecair dan pepejal, termasuk bahan legap yang sukar untuk penderia optik. |
| Tidak terjejas oleh warna atau ketelusan | Oleh kerana pengesanan adalah berdasarkan pantulan bunyi, warna sasaran dan ketelusan biasanya mempunyai sedikit kesan pada pengukuran. |
| Arah tuju yang baik | Gelombang ultrasonik mempunyai panjang gelombang yang pendek dan arah yang kuat, menjadikannya sesuai untuk pengukuran jarak dan aras. |
| Boleh bekerja dalam persekitaran yang gelap | Tidak seperti penderia optik, penderia ultrasonik tidak bergantung pada cahaya yang boleh dilihat. |
| Berguna dalam habuk, asap, atau kabus | Banyak penderia ultrasonik boleh berprestasi lebih baik daripada penderia optik dalam persekitaran berdebu, berasap atau cahaya malap. |
| Kesan | pada Aplikasi |
|---|---|
| Julat frekuensi tetap | Penderia 40 kHz biasanya hanya berfungsi berhampiran julat frekuensi yang direka bentuk, seperti kira-kira 38-42 kHz. |
| Voltan pemanduan yang lebih tinggi | Sesetengah transduser ultrasonik memerlukan voltan puncak ke puncak yang tinggi, jadi litar voltan rendah mungkin memerlukan litar rangsangan atau pengubah. |
| Pengaruh suhu | Kelajuan bunyi berubah mengikut suhu udara, yang boleh menjejaskan ketepatan pengukuran jarak. |
| Bahan lembut menyerap bunyi | Buih, fabrik dan permukaan lembut lain boleh menyerap gelombang ultrasonik dan mengurangkan kekuatan gema. |
| Zon buta | Objek terlalu dekat dengan penderia mungkin berada dalam jarak pengesanan minimum dan tidak boleh diukur dengan tepat. |
| Julat terhad | Gelombang ultrasonik melemahkan dengan jarak, jadi julat penderia dihadkan oleh kekerapan, kuasa, permukaan sasaran dan persekitaran. |
Gelombang ultrasonik mempunyai frekuensi tinggi, panjang gelombang pendek, pembelauan kecil, arah yang kuat, dan penembusan yang baik dalam banyak cecair dan pepejal. Apabila gelombang ultrasonik bertemu dengan kekotoran, sempadan atau antara muka bahan, ia menghasilkan gema yang dipantulkan yang boleh dikesan dan dianalisis.
Penderia ultrasonik juga boleh menyokong pengesanan berasaskan Doppler untuk objek bergerak. Ini menjadikan teknologi ultrasonik berguna dalam pengukuran jarak, pengukuran paras cecair, pengesanan objek, pemantauan aliran, pengesanan kecacatan, robotik, bantuan tempat letak kereta, automasi industri dan peralatan perubatan.
Probe ultrasonik berkuasa rendah sering digunakan untuk pengesanan dan pengukuran. Bergantung pada jenis dan struktur gelombang, kuar ultrasonik boleh termasuk kuar lurus untuk gelombang membujur, kuar serong untuk gelombang melintang, kuar gelombang permukaan, kuar gelombang Lamb dan kuar dwi tempat satu elemen menghantar dan satu lagi menerima.
Untuk aplikasi industri dan pengguna, produk biasa termasuk penderia ultrasonik jenis terbuka, penderia ultrasonik kalis air, penderia ultrasonik frekuensi tinggi, penderia tempat letak kereta dan penderia aras. Pilihan yang betul bergantung pada julat, kekerapan, perumahan, penarafan kalis air, bahan sasaran dan persekitaran pemasangan.
Ketepatan penderia ultrasonik bergantung pada kekerapan, kepekaan, voltan pemanduan, permukaan sasaran, suhu udara, kelembapan, aliran udara, sudut pemasangan dan pemprosesan isyarat gema. Sensor dengan pampasan suhu boleh mengurangkan ralat yang disebabkan oleh perubahan dalam kelajuan bunyi.
Kepekaan terutamanya bergantung pada unsur piezoelektrik. Pekali gandingan elektromekanikal yang lebih besar biasanya bermaksud sensitiviti yang lebih tinggi. Kepekaan yang lebih tinggi membantu penderia menerima gema yang lebih lemah, tetapi prestasi akhir masih bergantung pada reka bentuk litar penuh dan persekitaran aplikasi.
Penderia ultrasonik digunakan dalam pengukuran industri, pertanian, industri ringan, peralatan perubatan, sistem tempat letak kereta, robotik, sistem keselamatan, pemantauan tahap, pengesanan objek dan ujian tidak merosakkan. Mereka boleh mengesan bunyi dan gema yang tidak dapat didengari oleh telinga manusia, kemudian menukar maklumat itu kepada jarak, kedudukan atau data bahan yang berguna.
Dalam aplikasi praktikal, julat ultrasonik boleh digunakan untuk mengelakkan halangan, pengukuran aras tangki, pengesanan aliran saluran terbuka, bantuan pengunduran kenderaan, navigasi robot, kedudukan bahan dan pengesanan kecacatan dalam struktur logam atau pepejal.
Apabila memilih sensor ultrasonik, mula-mula sahkan jarak pengesanan, zon buta, bahan sasaran, ketepatan yang diperlukan, kekerapan operasi, voltan memandu, sudut rasuk, masa tindak balas, keperluan kalis air dan julat suhu kerja.
Untuk persekitaran luar atau basah, sensor ultrasonik kalis air biasanya lebih disukai. Untuk pengesanan jarak dekat yang tepat, penderia frekuensi yang lebih tinggi mungkin memberikan resolusi yang lebih baik. Untuk pengesanan jarak jauh, frekuensi yang lebih rendah dan kuasa penghantaran yang lebih kuat mungkin lebih sesuai.
Sebelum pengeluaran besar-besaran, uji penderia dalam kedudukan pemasangan dan persekitaran sebenar. Sudut pelekap, bukaan kepungan, bentuk sasaran, halangan berdekatan, variasi suhu dan bunyi elektrik semuanya boleh menjejaskan prestasi sebenar.
Penderia ultrasonik menawarkan ukuran yang tepat, stabil dan tidak bersentuhan untuk banyak bahan cecair dan pepejal. Ia amat berguna apabila pengesanan optik dipengaruhi oleh warna, ketelusan, kegelapan, habuk, asap atau pantulan permukaan.
Pada masa yang sama, sensor ultrasonik tidak sesuai untuk setiap keadaan. Jurutera harus mempertimbangkan kekerapan, voltan, kepekaan, pampasan suhu, zon buta, julat, bahan sasaran dan keadaan pemasangan sebelum memilih penderia.
Penderia ultrasonik mengukur jarak dengan menghantar nadi bunyi frekuensi tinggi dan menerima gema yang dipantulkan. Jarak dikira dari masa yang diambil untuk gelombang bunyi bergerak ke sasaran dan kembali.
Penderia ultrasonik boleh menjadi sangat tepat dalam keadaan yang sesuai, terutamanya untuk pengukuran jarak dan aras bukan sentuhan. Ketepatan bergantung pada suhu, kelembapan, permukaan sasaran, kekerapan penderia, sudut pemasangan dan pemprosesan isyarat.
Suhu mengubah kelajuan bunyi di udara. Apabila suhu berubah, jarak yang diukur mungkin beralih melainkan penderia menggunakan pampasan suhu atau sistem membetulkan bacaan.
Pilih penderia ultrasonik jenis terbuka untuk persekitaran dalaman yang bersih dan peralatan padat. Pilih penderia ultrasonik kalis air untuk persekitaran luar, lembap, berdebu atau terdedah kepada percikan.
Gunakan frekuensi yang betul, pastikan penderia sejajar dengan sasaran, elakkan halangan berdekatan, sediakan voltan pemanduan yang stabil, gunakan pampasan suhu dan uji penderia dalam persekitaran pemasangan akhir.
