Wyświetlenia: 585 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 2020-05-21 Pochodzenie: Strona
Czujniki ultradźwiękowe to czujniki bezdotykowe, które wykorzystują fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości do wykrywania obiektów, pomiaru odległości, monitorowania poziomu cieczy i identyfikacji położenia materiału. Są szeroko stosowane w produkcji, systemach energetycznych, metalurgii, materiałach budowlanych, chemikaliach, przetwórstwie spożywczym, samochodach, magazynowaniu, statkach, tekstyliach, transporcie, robotyce, monitorowaniu poziomu cieczy, wykrywaniu przepływu w kanale otwartym i automatyce przemysłowej.
Głównymi zaletami czujników ultradźwiękowych jest wysoka dokładność pomiaru, stabilna praca, bezkontaktowa detekcja, silna kierunkowość oraz możliwość pracy z wieloma materiałami ciekłymi i stałymi. Jednak czujniki ultradźwiękowe mają również ograniczenia, takie jak stały zakres częstotliwości, stosunkowo wysokie napięcie zasilania, martwe strefy, ograniczony zasięg i wrażliwość na temperaturę, miękkie materiały, przepływ powietrza i warunki instalacji.
Czujnik ultradźwiękowy działa poprzez przesyłanie fal ultradźwiękowych i odbieranie odbitego echa. Czujnik wysyła w stronę celu impuls dźwiękowy o wysokiej częstotliwości. Kiedy fala dźwiękowa dociera do powierzchni obiektu, część fali jest odbijana z powrotem do odbiornika. Następnie czujnik oblicza odległość lub pozycję na podstawie czasu między transmisją a odbiorem.
Sonda ultradźwiękowa zwykle oparta jest na piezoelektrycznych elementach ceramicznych. Te elementy piezoelektryczne mogą przekształcać energię elektryczną w wibracje mechaniczne w celu przesyłania fal ultradźwiękowych, a także mogą przekształcać odebrane wibracje z powrotem na sygnały elektryczne.
Kiedy przyłożony sygnał impulsowy odpowiada naturalnej częstotliwości rezonansowej elementu piezoelektrycznego, element ten silnie wibruje i generuje fale ultradźwiękowe. Kiedy odbite fale wracają do sondy, element piezoelektryczny odbiera wibracje i przekształca je w sygnał elektryczny do analizy.
| Zaleta | Dlaczego to ma znaczenie |
|---|---|
| Pomiar bezdotykowy | Czujnik może wykrywać obiekty bez dotykania ich, co jest przydatne w przypadku materiałów delikatnych, ruchomych, gorących lub żrących. |
| Współpracuje z wieloma materiałami | Czujniki ultradźwiękowe mogą mierzyć wiele cieczy i ciał stałych, w tym materiały nieprzezroczyste, które są trudne dla czujników optycznych. |
| Kolor i przezroczystość nie mają na to wpływu | Ponieważ wykrywanie opiera się na odbiciu dźwięku, kolor obiektu i przezroczystość zwykle mają niewielki wpływ na pomiar. |
| Dobra kierunkowość | Fale ultradźwiękowe mają krótką długość i silną kierunkowość, dzięki czemu nadają się do pomiaru odległości i poziomu. |
| Może pracować w ciemnym otoczeniu | W przeciwieństwie do czujników optycznych, czujniki ultradźwiękowe nie zależą od światła widzialnego. |
| Przydatne w kurzu, dymie lub mgle | Wiele czujników ultradźwiękowych może działać lepiej niż czujniki optyczne w środowiskach zakurzonych, zadymionych lub przy słabym oświetleniu. |
| Niekorzystny | wpływ na zastosowanie |
|---|---|
| Stały zakres częstotliwości | Czujnik 40 kHz zwykle działa tylko w pobliżu zaprojektowanego zakresu częstotliwości, na przykład około 38–42 kHz. |
| Wyższe napięcie sterujące | Niektóre przetworniki ultradźwiękowe wymagają wysokiego napięcia międzyszczytowego, więc obwody niskiego napięcia mogą wymagać obwodu wzmacniającego lub transformatora. |
| Wpływ temperatury | Prędkość dźwięku zmienia się wraz z temperaturą powietrza, co może mieć wpływ na dokładność pomiaru odległości. |
| Miękkie materiały pochłaniają dźwięk | Pianka, tkanina i inne miękkie powierzchnie mogą pochłaniać fale ultradźwiękowe i zmniejszać siłę echa. |
| Strefa niewidomych | Obiekty znajdujące się zbyt blisko czujnika mogą znajdować się w minimalnej odległości wykrywania i nie można ich dokładnie zmierzyć. |
| Ograniczony zasięg | Fale ultradźwiękowe osłabiają się wraz z odległością, więc zasięg czujnika jest ograniczony częstotliwością, mocą, powierzchnią docelową i środowiskiem. |
Fale ultradźwiękowe mają wysoką częstotliwość, krótką długość fali, małą dyfrakcję, silną kierunkowość i dobrą penetrację w wielu cieczach i ciałach stałych. Kiedy fale ultradźwiękowe napotykają zanieczyszczenie, granicę lub granicę międzyfazową materiału, wytwarzają odbite echa, które można wykryć i przeanalizować.
Czujniki ultradźwiękowe mogą również obsługiwać wykrywanie poruszających się obiektów w oparciu o Doppler. Dzięki temu technologia ultradźwiękowa jest przydatna w pomiarach odległości, pomiarach poziomu cieczy, wykrywaniu obiektów, monitorowaniu przepływu, wykrywaniu wad, robotyce, wspomaganiu parkowania, automatyce przemysłowej i sprzęcie medycznym.
Do wykrywania i pomiarów często wykorzystuje się sondy ultradźwiękowe małej mocy. W zależności od rodzaju i struktury fali sondy ultradźwiękowe mogą obejmować proste sondy do fal podłużnych, sondy ukośne do fal poprzecznych, sondy do fal powierzchniowych, sondy z falą Lamba i sondy podwójne, w których jeden element transmituje, a drugi odbiera.
Do zastosowań przemysłowych i konsumenckich typowe produkty obejmują czujniki ultradźwiękowe typu otwartego, wodoodporne czujniki ultradźwiękowe, czujniki ultradźwiękowe wysokiej częstotliwości, czujniki parkowania i czujniki poziomu. Właściwy wybór zależy od zasięgu, częstotliwości, obudowy, wodoodporności, materiału docelowego i środowiska instalacji.
Dokładność czujnika ultradźwiękowego zależy od częstotliwości, czułości, napięcia sterującego, powierzchni docelowej, temperatury i wilgotności powietrza, przepływu powietrza, kąta instalacji i przetwarzania sygnału echa. Czujnik z kompensacją temperatury może zmniejszyć błąd spowodowany zmianami prędkości dźwięku.
Czułość zależy głównie od elementu piezoelektrycznego. Większy współczynnik sprzężenia elektromechanicznego zwykle oznacza wyższą czułość. Wyższa czułość pomaga czujnikowi odbierać słabsze echa, ale ostateczna wydajność nadal zależy od projektu całego obwodu i środowiska aplikacji.
Czujniki ultradźwiękowe znajdują zastosowanie w pomiarach przemysłowych, rolnictwie, przemyśle lekkim, sprzęcie medycznym, systemach parkingowych, robotyce, systemach bezpieczeństwa, monitorowaniu poziomu, detekcji obiektów i badaniach nieniszczących. Potrafią wykryć dźwięki i echa, których ludzkie uszy nie słyszą, a następnie przekształcić te informacje w przydatne dane dotyczące odległości, pozycji lub materiału.
W praktycznych zastosowaniach ultradźwiękowy pomiar odległości można wykorzystać do omijania przeszkód, pomiaru poziomu w zbiorniku, wykrywania przepływu w otwartym kanale, wspomagania cofania pojazdu, nawigacji robota, pozycjonowania materiałów i wykrywania wad w konstrukcjach metalowych lub litych.
Wybierając czujnik ultradźwiękowy, najpierw sprawdź odległość wykrywania, strefę ślepą, materiał docelowy, wymaganą dokładność, częstotliwość roboczą, napięcie sterujące, kąt wiązki, czas reakcji, wymagania wodoodporności i zakres temperatury roboczej.
W środowiskach zewnętrznych lub wilgotnych zwykle preferowany jest wodoodporny czujnik ultradźwiękowy. W celu precyzyjnego wykrywania krótkiego zasięgu czujnik o wyższej częstotliwości może zapewnić lepszą rozdzielczość. W przypadku wykrywania na duże odległości bardziej odpowiednia może być niższa częstotliwość i większa moc nadawania.
Przed masową produkcją należy przetestować czujnik w rzeczywistej pozycji montażowej i środowisku. Kąt montażu, otwór obudowy, kształt obiektu, pobliskie przeszkody, wahania temperatury i zakłócenia elektryczne mogą mieć wpływ na rzeczywistą wydajność.
Czujniki ultradźwiękowe zapewniają dokładny, stabilny i bezdotykowy pomiar wielu materiałów płynnych i stałych. Są szczególnie przydatne, gdy na wykrywanie optyczne wpływa kolor, przezroczystość, ciemność, kurz, dym lub odbicie powierzchni.
Jednocześnie czujniki ultradźwiękowe nie nadają się do każdej sytuacji. Przed wyborem czujnika inżynierowie powinni wziąć pod uwagę częstotliwość, napięcie, czułość, kompensację temperatury, strefę ślepą, zasięg, materiał docelowy i warunki instalacji.
Czujnik ultradźwiękowy mierzy odległość, wysyłając impuls dźwiękowy o wysokiej częstotliwości i odbierając odbite echo. Odległość oblicza się na podstawie czasu potrzebnego fali dźwiękowej na dotarcie do celu i powrót.
Czujniki ultradźwiękowe mogą być bardzo dokładne w odpowiednich warunkach, szczególnie w przypadku bezdotykowego pomiaru odległości i poziomu. Dokładność zależy od temperatury, wilgotności, powierzchni docelowej, częstotliwości czujnika, kąta instalacji i przetwarzania sygnału.
Temperatura zmienia prędkość dźwięku w powietrzu. W przypadku zmiany temperatury zmierzona odległość może się przesunąć, chyba że czujnik zastosuje kompensację temperatury lub system nie skoryguje odczytu.
Wybierz czujnik ultradźwiękowy typu otwartego do czystych środowisk wewnętrznych i kompaktowego sprzętu. Wybierz wodoodporny czujnik ultradźwiękowy do środowisk zewnętrznych, wilgotnych, zakurzonych lub narażonych na zachlapania.
Użyj właściwej częstotliwości, utrzymuj czujnik w jednej linii z celem, unikaj pobliskich przeszkód, zapewniaj stabilne napięcie sterujące, stosuj kompensację temperatury i przetestuj czujnik w ostatecznym środowisku instalacji.
