Visninger: 585 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstidspunkt: 21-05-2020 Opprinnelse: nettsted
Ultralydsensorer er berøringsfrie sensorer som bruker høyfrekvente lydbølger for å oppdage gjenstander, måle avstand, overvåke væskenivå og identifisere materialposisjon. De er mye brukt i produksjon, kraftsystemer, metallurgi, byggematerialer, kjemikalier, matforedling, biler, lager, skip, tekstiler, transport, robotikk, væskenivåovervåking, åpen kanalstrømdeteksjon og industriell automatisering.
De viktigste fordelene med ultralydsensorer er høy målenøyaktighet, stabil drift, berøringsfri deteksjon, sterk retningsbestemthet og evnen til å jobbe med mange flytende og faste materialer. Imidlertid har ultralydsensorer også begrensninger, som fast frekvensområde, relativt høy drivspenning, blindsoner, begrenset rekkevidde og følsomhet for temperatur, myke materialer, luftstrøm og installasjonsforhold.
En ultralydsensor fungerer ved å sende ultralydbølger og motta det reflekterte ekkoet. Sensoren sender en høyfrekvent lydpuls mot et mål. Når lydbølgen når objektets overflate, reflekteres en del av bølgen tilbake til mottakeren. Sensoren beregner deretter avstand eller posisjon basert på tiden mellom sending og mottak.
Ultralydsonden er vanligvis basert på piezoelektriske keramiske elementer. Disse piezoelektriske elementene kan konvertere elektrisk energi til mekanisk vibrasjon for å overføre ultralydbølger, og de kan også konvertere mottatt vibrasjon tilbake til elektriske signaler.
Når det påførte pulssignalet samsvarer med den naturlige resonansfrekvensen til det piezoelektriske elementet, vibrerer elementet kraftig og genererer ultralydbølger. Når reflekterte bølger går tilbake til sonden, mottar det piezoelektriske elementet vibrasjonen og konverterer den til et elektrisk signal for analyse.
| Fordel | hvorfor det betyr noe |
|---|---|
| Berøringsfri måling | Sensoren kan oppdage gjenstander uten å berøre dem, noe som er nyttig for skjøre, bevegelige, varme eller etsende materialer. |
| Fungerer med mange materialer | Ultralydsensorer kan måle mange væsker og faste stoffer, inkludert ugjennomsiktige materialer som er vanskelige for optiske sensorer. |
| Ikke påvirket av farge eller gjennomsiktighet | Fordi deteksjon er basert på lydrefleksjon, har målfarge og gjennomsiktighet vanligvis liten effekt på målingen. |
| God retningsevne | Ultralydbølger har korte bølgelengder og sterk retning, noe som gjør dem egnet for avstands- og nivåmåling. |
| Kan jobbe i mørke omgivelser | I motsetning til optiske sensorer, er ikke ultralydsensorer avhengige av synlig lys. |
| Nyttig i støv, røyk eller tåke | Mange ultralydsensorer kan yte bedre enn optiske sensorer i støvete, røykfylte eller lite lysmiljøer. |
| Ulempen | Innvirkning på applikasjonen |
|---|---|
| Fast frekvensområde | En 40 kHz sensor fungerer vanligvis bare i nærheten av det utformede frekvensområdet, for eksempel omtrent 38-42 kHz. |
| Høyere kjørespenning | Noen ultralydsvingere krever høy topp-til-topp-spenning, så lavspentkretser kan trenge en boost-krets eller transformator. |
| Temperaturpåvirkning | Lydens hastighet endres med lufttemperaturen, noe som kan påvirke avstandsmålingens nøyaktighet. |
| Myke materialer absorberer lyd | Skum, stoff og andre myke overflater kan absorbere ultralydbølger og redusere ekkostyrken. |
| Blindsone | Gjenstander for nærme sensoren kan være innenfor minste deteksjonsavstand og kan ikke måles nøyaktig. |
| Begrenset utvalg | Ultralydbølger dempes med avstanden, så sensorområdet begrenses av frekvens, kraft, måloverflate og miljø. |
Ultralydbølger har høy frekvens, kort bølgelengde, liten diffraksjon, sterk retning og god penetrasjon i mange væsker og faste stoffer. Når ultralydbølger møter en urenhet, grense eller materialgrensesnitt, produserer de reflekterte ekkoer som kan oppdages og analyseres.
Ultralydsensorer kan også støtte Doppler-basert deteksjon for bevegelige objekter. Dette gjør ultralydteknologi nyttig i avstandsmåling, væskenivåmåling, gjenstandsdeteksjon, strømningsovervåking, feildeteksjon, robotikk, parkeringsassistanse, industriell automasjon og medisinsk utstyr.
Ultralydsonder med lav effekt brukes ofte til deteksjon og måling. Avhengig av bølgetype og struktur kan ultralydsonder inkludere rette sonder for langsgående bølger, skrå sonder for tverrbølger, overflatebølgesonder, lammebølgesonder og doble sonder hvor ett element sender og et annet mottar.
For industrielle og forbrukerapplikasjoner inkluderer vanlige produkter ultralydsensorer av åpen type, vanntette ultralydsensorer, høyfrekvente ultralydsensorer, parkeringssensorer og nivåsensorer. Riktig valg avhenger av rekkevidde, frekvens, hus, vanntetthet, målmateriale og installasjonsmiljø.
Nøyaktigheten til en ultralydsensor avhenger av frekvens, følsomhet, drivspenning, måloverflate, lufttemperatur, fuktighet, luftstrøm, installasjonsvinkel og ekkosignalbehandling. En sensor med temperaturkompensasjon kan redusere feil forårsaket av endringer i lydhastigheten.
Følsomheten avhenger hovedsakelig av det piezoelektriske elementet. En større elektromekanisk koblingskoeffisient betyr vanligvis høyere følsomhet. Høyere følsomhet hjelper sensoren med å motta svakere ekko, men den endelige ytelsen avhenger fortsatt av hele kretsdesignet og applikasjonsmiljøet.
Ultralydsensorer brukes i industriell måling, landbruk, lett industri, medisinsk utstyr, parkeringssystemer, robotikk, sikkerhetssystemer, nivåovervåking, gjenstandsdeteksjon og ikke-destruktiv testing. De kan oppdage lyder og ekko som menneskelige ører ikke kan høre, og deretter konvertere informasjonen til nyttige avstands-, posisjons- eller materialdata.
I praktiske applikasjoner kan ultralydavstandsmåling brukes til å unngå hindringer, tanknivåmåling, åpen kanalstrømdeteksjon, ryggehjelp for kjøretøy, robotnavigasjon, materialposisjonering og feildeteksjon i metall eller solide strukturer.
Når du velger en ultralydsensor, må du først bekrefte deteksjonsavstand, blindsone, målmateriale, nødvendig nøyaktighet, driftsfrekvens, kjørespenning, strålevinkel, responstid, vanntetthetskrav og arbeidstemperaturområde.
For utendørs eller våte miljøer foretrekkes vanligvis en vanntett ultralydsensor. For presis kortdistansedeteksjon kan en høyere frekvenssensor gi bedre oppløsning. For langdistansedeteksjon kan lavere frekvens og sterkere sendeeffekt være mer egnet.
Før masseproduksjon, test sensoren i den virkelige installasjonsposisjonen og miljøet. Monteringsvinkelen, kabinettåpningen, målformen, nærliggende hindringer, temperaturvariasjoner og elektrisk støy kan alle påvirke faktisk ytelse.
Ultralydsensorer tilbyr nøyaktige, stabile og berøringsfrie målinger for mange flytende og faste materialer. De er spesielt nyttige når optisk deteksjon påvirkes av farger, gjennomsiktighet, mørke, støv, røyk eller overflaterefleksjon.
Samtidig er ikke ultralydsensorer egnet for enhver situasjon. Ingeniører bør vurdere frekvens, spenning, følsomhet, temperaturkompensasjon, blindsone, rekkevidde, målmateriale og installasjonsforhold før de velger en sensor.
En ultralydsensor måler avstand ved å sende en høyfrekvent lydpuls og motta det reflekterte ekkoet. Avstanden beregnes fra tiden det tar for lydbølgen å bevege seg til målet og returnere.
Ultralydsensorer kan være svært nøyaktige under passende forhold, spesielt for berøringsfri avstands- og nivåmåling. Nøyaktigheten avhenger av temperatur, fuktighet, måloverflate, sensorfrekvens, installasjonsvinkel og signalbehandling.
Temperaturen endrer lydhastigheten i luft. Når temperaturen endres, kan den målte avstanden skifte med mindre sensoren bruker temperaturkompensasjon eller systemet korrigerer avlesningen.
Velg en åpen type ultralydsensor for rene innendørsmiljøer og kompakt utstyr. Velg en vanntett ultralydsensor for utendørs, fuktige, støvete eller sprututsatte omgivelser.
Bruk riktig frekvens, hold sensoren på linje med målet, unngå nærliggende hindringer, sørg for stabil kjørespenning, bruk temperaturkompensasjon og test sensoren i det endelige installasjonsmiljøet.
