Aantal keren bekeken: 352 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 22-05-2020 Herkomst: Locatie
In de dagelijkse productie en het leven, Ultrasone afstandssensoren worden veel gebruikt voor het achteruitrijden van auto's, het vermijden van obstakels door robots, constructiemetingen, vloeistofniveaudetectie, putdieptemetingen, pijpleidinglengtemetingen en andere contactloze afstandsmetingstoepassingen.
De kernmethode voor het bereik van de ultrasone sensor is de time-of-flight-meting. De sensor zendt een ultrasone puls uit, ontvangt de echo die door een doel wordt gereflecteerd, meet de retourtijd en berekent de afstand op basis van de geluidssnelheid.
Veel voorkomende ultrasone afstandssystemen zijn meestal gebaseerd op een microcomputer met één chip, een ingebouwde controller of CPLD. Ongeacht welk besturingsplatform wordt gebruikt, het basisontwerp moet eerst inzicht hebben in het ultrasone echobereik, de geluidssnelheid, temperatuurcompensatie, blinde zone en doelreflectieomstandigheden.
Een ultrasone sensor zet elektrische signalen om in ultrasone golven en zet ontvangen ultrasone echo's weer om in elektrische signalen. Ultrasone golven zijn mechanische golven met frequenties boven de 20 kHz. Ze hebben een sterke richtingsgevoeligheid, langzaam energieverlies en een relatief lange voortplantingsafstand in lucht, vloeibare of vaste media.
Wanneer een ultrasone golf een obstakel, grensvlak, vloeistofoppervlak of vast doel bereikt, wordt een deel van de golf als echo teruggekaatst. Het ontvangende element detecteert deze echo en het regelcircuit berekent de afstand op basis van de gemeten reistijd.
Omdat ultrasone afstandsmeting contactloos, goedkoop en aanpasbaar aan veel materialen is, biedt het een nuttig evenwicht tussen realtime respons, nauwkeurigheid, betrouwbaarheid en prijs.
De meest gebruikelijke ultrasone bereikmethode is de round-trip time-detectiemethode, ook wel time-of-flight- of ToF-meting genoemd. De sensor stuurt een ultrasone puls in één richting en begint met timen. Wanneer de echo terugkeert, stopt het systeem de timing en berekent de afstand in één richting.
Als s de afstand tussen de sensor en het gemeten doel is, t de gemeten retourtijd is en v de voortplantingssnelheid van het geluid is, is de afstandsformule:
s = v × t / 2
De deling door 2 is nodig omdat de ultrasone puls van de sensor naar het doel gaat en vervolgens van het doel naar de sensor terugkeert. De gemeten tijd is de totale heen- en terugreistijd, niet de enkele reisduur.
Voor zeer nauwkeurige ultrasone afstandsmetingen is temperatuurcompensatie belangrijk omdat de geluidssnelheid in de lucht verandert met de temperatuur. Warme lucht verhoogt de geluidssnelheid, terwijl koude lucht deze verlaagt.
Een veelgebruikte formule voor temperatuurcompensatie is:
v = 331,4 + 0,607T
In deze formule is T de omgevingstemperatuur in °C, en v de geluidssnelheid in m/s. Het toevoegen van temperatuurcompensatie kan de meetfouten verminderen, vooral in buiten-, industriële of omgevingen met variabele temperaturen.
| Methode | Hoe het werkt | Het beste gebruiken |
|---|---|---|
| Time-of-flight-methode | Meet de tijd tussen ultrasone transmissie en echo-ontvangst. | Afstandsmeting, obstakeldetectie, vloeistofniveaumeting. |
| Fasedetectiemethode | Berekent de afstand vanaf het faseverschil tussen uitgezonden en ontvangen golven. | Meetsystemen voor korte afstanden en hogere resoluties. |
| Echo-amplitudemethode | Analyseert de sterkte van het gereflecteerde ultrasone signaal. | Doeldetectie, materiaalreflectieanalyse, beoordeling van de signaalkwaliteit. |
| Factor | Effect op meetoptimalisatie | Tip |
|---|---|---|
| Temperatuur | Verandert de geluidssnelheid en veroorzaakt afstandsfouten. | Gebruik temperatuurcompensatie in het regelalgoritme. |
| Blinde zone | Zeer dichtbij gelegen doelen worden mogelijk niet correct gedetecteerd vanwege het rinkelen van de transducer. | Kies een ultrasone sensor voor een klein blind gebied voor metingen op korte afstand. |
| Doelhoek | Schuine oppervlakken kunnen de echo weg van de ontvanger reflecteren. | Houd de sensor zo loodrecht mogelijk op het doeloppervlak. |
| Doelmateriaal | Zachte, poreuze of geluidsabsorberende materialen verminderen de echosterkte. | Test het daadwerkelijke doelmateriaal tijdens productvalidatie. |
| Omgevingsgeluid | Andere ultrasone bronnen of trillingen kunnen valse metingen veroorzaken. | Gebruik filtering, afscherming en geschikte bemonsteringslogica. |
| Water, stof en corrosie | Zware omgevingen kunnen de levensduur van de sensor en de signaalkwaliteit verminderen. | Gebruik indien nodig waterdichte en corrosiebestendige ultrasoonsensoren. |
Een gebruikelijke ultrasone bereikstructuur maakt gebruik van één zendkop en één ontvangkop. De zender zendt ultrasone golven uit en de ontvanger detecteert de gereflecteerde echo. Deze structuur is eenvoudig en geschikt voor veel algemene afstandsmetingstoepassingen.
Sommige systemen gebruiken meerdere zendkoppen met één ontvangstkop, of meerdere sensormodules die in een array zijn gerangschikt. Dit ontwerp kan de detectiedekking verbeteren, blinde vlekken verminderen en complexere meetscenario's ondersteunen, zoals robotnavigatie of meerpuntsvloeistofniveaudetectie.
Achteruitrijradar en parkeerhulpsystemen voor auto's.
Robotobstakelvermijding en automatische navigatie.
Vloeistofniveaumeting in tanks, containers en industriële apparatuur.
Putdiepte, pijpleidinglengte en bouwplaatsmeting.
Objectdetectie in automatiseringsapparatuur en productielijnen.
Waterdichte afstandsdetectie in buiten- of vochtige omgevingen.
Ultrasone afstandssensoren zijn populair omdat ze contactloze metingen ondersteunen, een eenvoudig werkingsprincipe hebben en veel vaste en vloeibare doelen kunnen detecteren, ongeacht kleur of transparantie. Ze zijn ook kosteneffectief in vergelijking met sommige optische of lasermeetoplossingen.
Met een ultrasone sensor met een kleine hoek en een kleine blinde zone kan het systeem nauwkeurigere metingen in compacte ruimtes realiseren. Waterdichte en corrosiebestendige ontwerpen maken ultrasone sensoren ook bruikbaar in vloeistofniveau-, buiten- en industriële toepassingen.
Het principe van ultrasone afstandsmeting is het sturen van ultrasone golven naar een doel, het ontvangen van de gereflecteerde echo, het meten van de retourtijd en het berekenen van de afstand met behulp van de geluidssnelheid. De basisformule is s = v × t / 2.
Voor een nauwkeuriger ultrasoon bereik moeten ontwerpers rekening houden met temperatuurcompensatie, blinde zone, doelhoek, materiaalreflectie, omgevingsgeluid en sensorinstallatie. Correcte sensorselectie en signaalverwerking kunnen de meetstabiliteit in echte toepassingen verbeteren.
De ultrasone sensor-bereikmethode meet de afstand door een ultrasone puls te verzenden, de gereflecteerde echo te ontvangen en de afstand te berekenen op basis van de geluidsreistijd. Dit wordt ook wel ultrasone time-of-flight of echo-bereik genoemd.
De basisformule voor ultrasone afstand is s = v × t/2 . In deze formule s is de afstand, v de geluidssnelheid en t de gemeten retourtijd van de ultrasone puls.
De sensor meet de totale tijd die de ultrasone golf nodig heeft om naar het object te reizen en terug te keren. Omdat dit een retourvlucht is, moet het resultaat door 2 worden gedeeld om de enkele reisafstand tussen de sensor en het doel te verkrijgen.
Temperatuur verandert de geluidssnelheid in de lucht. Als de temperatuur verandert maar het systeem nog steeds een vaste geluidssnelheid gebruikt, bevat de berekende afstand een fout. Temperatuurcompensatie helpt de nauwkeurigheid van het ultrasone bereik te verbeteren.
De blinde zone is de minimale afstand waarop de sensor niet betrouwbaar kan meten. Het wordt meestal veroorzaakt doordat de transducer na verzending overgaat. Kies voor detectie op korte afstand een ultrasone sensor met een klein blind gebied.
Zachte, poreuze, geluidsabsorberende, zeer dunne of scherp gehoekte oppervlakken kunnen de echosterkte verminderen. Schuim, stof en schuine voorwerpen kunnen zwakke of onstabiele ultrasone afstandsmetingen veroorzaken.
Ultrasone afstandssensoren worden vaak gebruikt in parkeersensoren, robotobstakelvermijding, vloeistofniveaumeting, industriële automatisering, constructiemeting, pijpleidingdetectie en contactloze afstandsmeetsystemen.
