Visninger: 352 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstidspunkt: 22-05-2020 Opprinnelse: nettsted
I daglig produksjon og liv, ultrasoniske avstandssensorer er mye brukt for bilreverseringsradar, unngåelse av robothindringer, konstruksjonsmåling, væskenivådeteksjon, brønndybdemåling, rørledningslengdemåling og andre avstandsmålinger uten kontakt.
Kjernemetoden for ultrasonisk sensoravstand er måling av flytiden. Sensoren sender ut en ultralydpuls, mottar ekkoet som reflekteres fra et mål, måler tur-retur-tiden og beregner avstand fra lydens hastighet.
Vanlige ultralydavstandssystemer er vanligvis basert på en enkeltbrikke mikrodatamaskin, innebygd kontroller eller CPLD. Uansett hvilken kontrollplattform som brukes, må den grunnleggende designen først forstå ultralyd ekkoområde, lydhastighet, temperaturkompensasjon, blindsone og målrefleksjonsforhold.
En ultralydsensor konverterer elektriske signaler til ultralydbølger og konverterer mottatte ultralydsekkoer tilbake til elektriske signaler. Ultralydbølger er mekaniske bølger med frekvenser over 20kHz. De har sterk retning, sakte energitap og relativt lang forplantningsavstand i luft, flytende eller faste medier.
Når en ultralydbølge når en hindring, grensesnitt, væskeoverflate eller fast mål, reflekteres en del av bølgen tilbake som et ekko. Mottakselementet registrerer dette ekkoet, og kontrollkretsen beregner avstanden fra den målte reisetiden.
Fordi ultralydavstandsmåling er berøringsfri, lav kostnad og kan tilpasses mange materialer, gir den en nyttig balanse mellom sanntidsrespons, nøyaktighet, pålitelighet og pris.
Den vanligste ultralydavstandsmetoden er tur-retur-tidsdeteksjonsmetoden, også kalt time-of-flight eller ToF-måling. Sensoren sender en ultralydpuls i én retning og starter timing. Når ekkoet kommer tilbake, stopper systemet timingen og beregner enveisavstanden.
Hvis s er avstanden mellom sensoren og det målte målet, t er den målte tur-retur-tiden, og v er lydens forplantningshastighet, er avstandsformelen:
s = v × t / 2
Delingen med 2 er nødvendig fordi ultralydpulsen går fra sensoren til målet og går deretter tilbake fra målet til sensoren. Den målte tiden er total tur-retur-tid, ikke enveisreisetiden.
For høy nøyaktige ultralydavstandsmålinger er temperaturkompensasjon viktig fordi lydhastigheten i luft endres med temperaturen. Varm luft øker lydhastigheten, mens kald luft reduserer den.
En vanlig brukt formel for temperaturkompensasjon er:
v = 331,4 + 0,607T
I denne formelen er T omgivelsestemperaturen i °C, og v er lydhastigheten i m/s. Å legge til temperaturkompensasjon kan redusere målefeil, spesielt i utendørs, industrielle eller variable temperaturmiljøer.
| Metode | Hvordan det fungerer | best Bruk |
|---|---|---|
| Tidspunkt-metoden | Måler tiden mellom ultralydsending og ekkomottak. | Avstandsmåling, hindringsdeteksjon, væskenivåmåling. |
| Fasedeteksjonsmetode | Beregner avstand fra faseforskjellen mellom utsendte og mottatte bølger. | Målesystemer med kort rekkevidde og høyere oppløsning. |
| Ekko amplitude metode | Analyserer styrken til det reflekterte ultralydsignalet. | Måldeteksjon, materialrefleksjonsanalyse, signalkvalitetsvurdering. |
| Effekt | på måling | Optimaliseringstips |
|---|---|---|
| Temperatur | Endrer lydhastigheten og forårsaker avstandsfeil. | Bruk temperaturkompensasjon i kontrollalgoritmen. |
| Blindsone | Svært nære mål oppdages kanskje ikke riktig på grunn av svingerringing. | Velg en ultralydsensor med lite blindområde for kortdistansemåling. |
| Målvinkel | Vinklede overflater kan reflektere ekkoet bort fra mottakeren. | Hold sensoren så vinkelrett på måloverflaten som mulig. |
| Målmateriale | Myke, porøse eller lydabsorberende materialer reduserer ekkostyrken. | Test det faktiske målmaterialet under produktvalidering. |
| Miljøstøy | Andre ultralydkilder eller vibrasjoner kan forårsake falske avlesninger. | Bruk filtrering, skjerming og passende samplingslogikk. |
| Vann, støv og korrosjon | Tøffe miljøer kan redusere sensorens levetid og signalkvalitet. | Bruk vanntette og korrosjonsbestandige ultralydsensorer ved behov. |
En vanlig ultralydavstandsstruktur bruker ett sendehode og ett mottakshode. Senderen sender ut ultralydbølger, og mottakeren registrerer det reflekterte ekkoet. Denne strukturen er enkel og egnet for mange generelle avstandsmålinger.
Noen systemer bruker flere sendehoder med ett mottakshode, eller flere sensormoduler arrangert i en gruppe. Denne utformingen kan forbedre deteksjonsdekningen, redusere blindsoner og støtte mer komplekse målescenarier som robotnavigasjon eller flerpunkts væskenivådeteksjon.
Bil ryggeradar og parkeringsassistentsystemer.
Unngåelse av robothindringer og automatisk navigering.
Væskenivåmåling i tanker, containere og industrielt utstyr.
Brønndybde, rørledningslengde og byggeplassmåling.
Objektdeteksjon i automasjonsutstyr og produksjonslinjer.
Vanntett avstandsregistrering i utendørs eller fuktige omgivelser.
Ultralydavstandssensorer er populære fordi de støtter berøringsfri måling, har et enkelt arbeidsprinsipp og kan oppdage mange faste og flytende mål uavhengig av farge eller gjennomsiktighet. De er også kostnadseffektive sammenlignet med enkelte optiske eller lasermåleløsninger.
Med en ultralydsensor med liten vinkel og liten blindsone, kan systemet oppnå mer nøyaktig måling i kompakte rom. Vanntett og korrosjonsbestandig design gjør også ultralydsensorer nyttige i væskenivå, utendørs og industrielle applikasjoner.
Prinsippet for ultralydavstandsmåling er å sende ultralydbølger mot et mål, motta det reflekterte ekkoet, måle rundturstiden og beregne avstanden ved hjelp av lydhastigheten. Grunnformelen er s = v × t / 2.
For mer nøyaktig ultralydavstand bør designere vurdere temperaturkompensasjon, blindsone, målvinkel, materialrefleksjon, miljøstøy og sensorinstallasjon. Riktig sensorvalg og signalbehandling kan forbedre målestabiliteten i virkelige applikasjoner.
Ultralydsensorens avstandsmetode måler avstand ved å sende en ultralydpuls, motta det reflekterte ekkoet og beregne avstand fra lydens reisetid. Dette kalles også ultralydtid-av-flight eller ekkoavstand.
Den grunnleggende ultralydavstandsformelen er s = v × t/2 . I denne formelen s er avstand, v er lydhastighet, og t er den målte tur-retur-tiden for ultralydpulsen.
Sensoren måler den totale tiden for ultralydbølgen å reise til objektet og returnere. Fordi dette er en rundtur, må resultatet deles på 2 for å få enveisavstanden mellom sensoren og målet.
Temperaturen endrer lydhastigheten i luft. Hvis temperaturen endres, men systemet fortsatt bruker en fast lydhastighet, vil den beregnede avstanden ha feil. Temperaturkompensasjon bidrar til å forbedre ultralydavstandsnøyaktigheten.
Blindsonen er minimumsavstanden der sensoren ikke kan måle pålitelig. Det er vanligvis forårsaket av svingeren som ringer etter overføring. For kortdistansedeteksjon, velg en ultralydsensor med et lite blindområde.
Myke, porøse, lydabsorberende, veldig tynne eller skarpt vinklede overflater kan redusere ekkostyrken. Skum, stoff og skråstilte gjenstander kan forårsake svake eller ustabile ultralydavstandsavlesninger.
Ultralydavstandssensorer brukes ofte i parkeringssensorer, unngåelse av robothindringer, væskenivåmåling, industriell automatisering, konstruksjonsmåling, rørledningsdeteksjon og berøringsfrie avstandsmålesystemer.
