Pandangan: 352 Pengarang: Editor Tapak Masa Terbit: 2020-05-22 Asal: tapak
Dalam pengeluaran dan kehidupan harian, sensor julat ultrasonik digunakan secara meluas untuk radar undur kereta, pengelakan halangan robot, pengukuran pembinaan, pengesanan paras cecair, ukuran kedalaman telaga, ukuran panjang saluran paip dan aplikasi pengukuran jarak bukan hubungan yang lain.
Kaedah julat sensor ultrasonik teras ialah pengukuran masa penerbangan. Penderia memancarkan nadi ultrasonik, menerima gema yang dipantulkan daripada sasaran, mengukur masa perjalanan pergi dan balik, dan mengira jarak dari kelajuan bunyi.
Sistem julat ultrasonik biasa biasanya berdasarkan mikrokomputer cip tunggal, pengawal terbenam atau CPLD. Tidak kira platform kawalan yang digunakan, reka bentuk asas mesti terlebih dahulu memahami julat gema ultrasonik, halaju bunyi, pampasan suhu, zon buta dan keadaan pantulan sasaran.
Penderia ultrasonik menukarkan isyarat elektrik kepada gelombang ultrasonik dan menukarkan gema ultrasonik yang diterima kembali kepada isyarat elektrik. Gelombang ultrasonik ialah gelombang mekanikal dengan frekuensi melebihi 20kHz. Mereka mempunyai arah yang kuat, kehilangan tenaga yang perlahan, dan jarak perambatan yang agak panjang dalam media udara, cecair atau pepejal.
Apabila gelombang ultrasonik mencapai halangan, antara muka, permukaan cecair atau sasaran pepejal, sebahagian daripada gelombang dipantulkan kembali sebagai gema. Elemen penerima mengesan gema ini, dan litar kawalan mengira jarak dari masa perjalanan yang diukur.
Oleh kerana pengukuran jarak ultrasonik bukan sentuhan, kos rendah dan boleh disesuaikan dengan banyak bahan, ia memberikan keseimbangan yang berguna antara tindak balas masa nyata, ketepatan, kebolehpercayaan dan harga.
Kaedah julat ultrasonik yang paling biasa ialah kaedah pengesanan masa pergi balik, juga dipanggil pengukuran masa penerbangan atau ToF. Sensor menghantar nadi ultrasonik dalam satu arah dan memulakan pemasaan. Apabila gema kembali, sistem menghentikan pemasaan dan mengira jarak sehala.
Jika s ialah jarak antara penderia dan sasaran yang diukur, t ialah masa perjalanan pergi dan balik yang diukur, dan v ialah kelajuan perambatan bunyi, formula jarak ialah:
s = v × t / 2
Pembahagian dengan 2 adalah perlu kerana nadi ultrasonik bergerak dari sensor ke sasaran dan kemudian kembali dari sasaran ke sensor. Masa yang diukur ialah jumlah masa perjalanan pergi dan balik, bukan masa perjalanan sehala.
Untuk pengukuran jarak ultrasonik ketepatan tinggi, pampasan suhu adalah penting kerana kelajuan bunyi dalam udara berubah mengikut suhu. Udara panas meningkatkan halaju bunyi, manakala udara sejuk mengurangkannya.
Formula pampasan suhu yang biasa digunakan ialah:
v = 331.4 + 0.607T
Dalam formula ini, T ialah suhu ambien dalam °C, dan v ialah kelajuan bunyi dalam m/s. Menambah pampasan suhu boleh mengurangkan ralat pengukuran, terutamanya dalam persekitaran luar, industri atau suhu berubah-ubah.
| Kaedah | Cara Ia Berfungsi | Penggunaan Terbaik |
|---|---|---|
| Kaedah masa penerbangan | Mengukur masa antara penghantaran ultrasonik dan penerimaan gema. | Pengukuran jarak, pengesanan halangan, pengukuran paras cecair. |
| Kaedah pengesanan fasa | Mengira jarak dari perbezaan fasa antara gelombang yang dipancarkan dan diterima. | Sistem pengukuran jarak pendek dan resolusi lebih tinggi. |
| Kaedah amplitud gema | Menganalisis kekuatan isyarat ultrasonik yang dipantulkan. | Pengesanan sasaran, analisis pantulan bahan, pertimbangan kualiti isyarat. |
| Faktor | Kesan pada | Petua Pengoptimuman Pengukuran |
|---|---|---|
| Suhu | Mengubah kelajuan bunyi dan menyebabkan ralat jarak. | Gunakan pampasan suhu dalam algoritma kawalan. |
| Zon buta | Sasaran yang sangat dekat mungkin tidak dapat dikesan dengan betul kerana deringan transduser. | Pilih penderia ultrasonik kawasan buta kecil untuk pengukuran jarak dekat. |
| Sudut sasaran | Permukaan bersudut mungkin memantulkan gema dari penerima. | Pastikan sensor serenjang dengan permukaan sasaran yang mungkin. |
| Bahan sasaran | Bahan lembut, berliang atau menyerap bunyi mengurangkan kekuatan gema. | Uji bahan sasaran sebenar semasa pengesahan produk. |
| Kebisingan persekitaran | Sumber ultrasonik atau getaran lain boleh menyebabkan bacaan palsu. | Gunakan penapisan, perisai, dan logik pensampelan yang sesuai. |
| Air, habuk dan kakisan | Persekitaran yang keras boleh mengurangkan hayat penderia dan kualiti isyarat. | Gunakan penderia ultrasonik kalis air dan tahan kakisan apabila diperlukan. |
Struktur julat ultrasonik biasa menggunakan satu kepala pemancar dan satu kepala penerima. Pemancar memancarkan gelombang ultrasonik, dan penerima mengesan gema yang dipantulkan. Struktur ini mudah dan sesuai untuk banyak aplikasi pengukuran jarak am.
Sesetengah sistem menggunakan berbilang kepala pemancar dengan satu kepala penerima, atau berbilang modul sensor yang disusun dalam tatasusunan. Reka bentuk ini boleh meningkatkan liputan pengesanan, mengurangkan bintik buta dan menyokong senario pengukuran yang lebih kompleks seperti navigasi robot atau pengesanan paras cecair berbilang titik.
Radar undur kereta dan sistem bantuan tempat letak kereta.
Pengelakan halangan robot dan navigasi automatik.
Pengukuran aras cecair dalam tangki, bekas dan peralatan industri.
Kedalaman telaga, panjang saluran paip, dan ukuran tapak pembinaan.
Pengesanan objek dalam peralatan automasi dan barisan pengeluaran.
Penderiaan jarak kalis air dalam persekitaran luar atau lembap.
Penderia julat ultrasonik popular kerana ia menyokong pengukuran bukan sentuhan, mempunyai prinsip kerja yang mudah dan boleh mengesan banyak sasaran pepejal dan cecair tanpa mengira warna atau ketelusan. Ia juga kos efektif berbanding dengan beberapa penyelesaian pengukuran optik atau laser.
Dengan sensor ultrasonik bersudut kecil dan zon buta kecil, sistem boleh mencapai ukuran yang lebih tepat dalam ruang padat. Reka bentuk kalis air dan kalis kakisan juga menjadikan penderia ultrasonik berguna dalam aplikasi paras cecair, luaran dan industri.
Prinsip pengukuran jarak ultrasonik adalah menghantar gelombang ultrasonik ke arah sasaran, menerima gema yang dipantulkan, mengukur masa perjalanan pergi balik, dan mengira jarak menggunakan kelajuan bunyi. Formula asas ialah s = v × t / 2.
Untuk julat ultrasonik yang lebih tepat, pereka bentuk harus mempertimbangkan pampasan suhu, zon buta, sudut sasaran, pantulan bahan, bunyi persekitaran dan pemasangan sensor. Pemilihan sensor dan pemprosesan isyarat yang betul boleh meningkatkan kestabilan pengukuran dalam aplikasi sebenar.
Kaedah julat sensor ultrasonik mengukur jarak dengan menghantar nadi ultrasonik, menerima gema yang dipantulkan, dan mengira jarak dari masa perjalanan bunyi. Ini juga dipanggil ultrasonik masa penerbangan atau julat gema.
Formula jarak ultrasonik asas ialah s = v × t / 2 . Dalam formula ini, s ialah jarak, v ialah kelajuan bunyi, dan t ialah masa perjalanan pergi balik yang diukur bagi nadi ultrasonik.
Penderia mengukur jumlah masa untuk gelombang ultrasonik bergerak ke objek dan kembali. Kerana ini adalah perjalanan pergi dan balik, hasilnya mesti dibahagikan dengan 2 untuk mendapatkan jarak sehala antara sensor dan sasaran.
Suhu mengubah kelajuan bunyi di udara. Jika suhu berubah tetapi sistem masih menggunakan halaju bunyi tetap, jarak yang dikira akan mempunyai ralat. Pampasan suhu membantu meningkatkan ketepatan julat ultrasonik.
Zon buta ialah jarak minimum di mana sensor tidak dapat mengukur dengan pasti. Ia biasanya disebabkan oleh deringan transduser selepas penghantaran. Untuk pengesanan jarak dekat, pilih penderia ultrasonik dengan kawasan buta kecil.
Permukaan lembut, berliang, menyerap bunyi, sangat nipis atau bersudut tajam boleh mengurangkan kekuatan gema. Buih, fabrik dan objek bersudut boleh menyebabkan bacaan jarak ultrasonik yang lemah atau tidak stabil.
Penderia julat ultrasonik biasanya digunakan dalam penderia tempat letak kereta, pengelakan halangan robot, pengukuran paras cecair, automasi industri, pengukuran pembinaan, pengesanan saluran paip dan sistem pengukuran jarak bukan sentuhan.
