Zasada pomiaru odległości ultradźwiękowej

Pomiar ultradźwiękowy to technologia wykorzystująca fale dźwiękowe do określenia odległości między dwoma obiektami.Stało się niezbędnym narzędziem w różnych gałęziach przemysłu, w tym w motoryzacji, służbie zdrowia i robotyce.Celem tego artykułu jest wyczerpujące wyjaśnienie zasady pomiaru odległości ultradźwiękowej i jej zastosowań.

Co to jest zakres ultradźwiękowy?

Pomiar odległości ultradźwiękowej to technika wykorzystująca fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości do określenia odległości między dwoma obiektami.Działa poprzez transmisję fali ultradźwiękowej z przetwornika i pomiar czasu potrzebnego, aby fala odbiła się po uderzeniu w obiekt.Czas potrzebny na powrót fali służy do obliczenia odległości między przetwornikiem a obiektem.Istnieją różne typy czujników ultradźwiękowych, w tym czujniki z pojedynczym przetwornikiem i czujniki z podwójnym przetwornikiem.

Zasada działania pomiaru ultradźwiękowego

Zasada pomiaru odległości ultradźwiękowej opiera się na fizyce fal dźwiękowych.Kiedy fala ultradźwiękowa jest przesyłana z przetwornika, przemieszcza się w powietrzu i dociera do obiektu.Następnie fala odbija się z powrotem do przetwornika i mierzony jest czas potrzebny na powrót fali.Czas ten służy do obliczenia odległości pomiędzy przetwornikiem a obiektem.

Przetwornik odgrywa ważną rolę w określaniu odległości ultradźwiękowej.Odpowiada zarówno za transmisję, jak i odbiór fali ultradźwiękowej.Przetwornik przetwarza sygnały elektryczne na drgania mechaniczne, które następnie przekazywane są w postaci fal ultradźwiękowych.Kiedy fala uderza w obiekt i odbija się, przetwornik odbiera falę i przekształca ją z powrotem w sygnał elektryczny.

Zalety i ograniczenia pomiaru ultradźwiękowego

Pomiar ultradźwiękowy ma kilka zalet w porównaniu z innymi technologiami pomiaru odległości.Jest bezdotykowy, co oznacza, że ​​można go używać do pomiaru odległości między obiektami bez fizycznego ich dotykania.Jest także dokładny, zapewniając precyzyjne pomiary nawet na dużych dystansach.

Jednak pomiar ultradźwiękowy ma również pewne ograniczenia.Wpływ na to mają czynniki środowiskowe, takie jak temperatura, ciśnienie powietrza i wilgotność.Nie może również penetrować obiektów stałych, co oznacza, że ​​nie może zmierzyć odległości do obiektu znajdującego się za innym obiektem.Może to ograniczyć jego użyteczność w niektórych zastosowaniach.

W porównaniu z innymi technologiami określania odległości, takimi jak określanie odległości za pomocą lasera i podczerwieni, określanie odległości ultradźwiękowej jest stosunkowo niedrogie i łatwe do wdrożenia.To sprawia, że ​​jest to popularny wybór w szerokim zakresie zastosowań.

Zastosowania pomiaru ultradźwiękowego

Pomiar ultradźwiękowy jest stosowany w różnych gałęziach przemysłu, w tym w motoryzacji, opiece zdrowotnej i robotyce.W przemyśle motoryzacyjnym do pomiaru odległości i wykrywania przeszkód w pojazdach wykorzystuje się pomiar ultradźwiękowy.Dzięki temu pojazdy mogą uniknąć kolizji i bezpiecznie zaparkować.

W branży opieki zdrowotnej pomiar ultradźwiękowy służy do nieinwazyjnego obrazowania i pomiaru odległości między narządami wewnętrznymi.Dzięki temu lekarze mogą diagnozować i leczyć pacjentów bez konieczności stosowania procedur inwazyjnych.

W robotyce do nawigacji i omijania przeszkód wykorzystuje się pomiar ultradźwiękowy.Roboty wyposażone w czujniki ultradźwiękowe mogą poruszać się w skomplikowanych środowiskach i omijać przeszkody, dzięki czemu są bardziej skuteczne i wydajne.

Przyszłość pomiaru ultradźwiękowego

Dziedzina pomiaru odległości ultradźwiękowej szybko się rozwija i cały czas wprowadzane są nowe udoskonalenia.Jest prawdopodobne, że w przyszłości pomiary ultradźwiękowe zostaną włączone do jeszcze większej liczby branż i zastosowań.

Jedno z potencjalnych przyszłych zastosowań pomiaru ultradźwiękowego dotyczy pojazdów autonomicznych.Aby bezpiecznie nawigować, pojazdy autonomiczne będą wymagały bardzo dokładnych i niezawodnych systemów pomiaru odległości.Pomiar odległości ultradźwiękowej mógłby odegrać w tym kluczową rolę, zapewniając niezbędne pomiary odległości, aby umożliwić bezpieczne działanie pojazdów autonomicznych.

Innym potencjalnym zastosowaniem pomiaru ultradźwiękowego jest automatyka przemysłowa.Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na wydajne i opłacalne systemy automatyki, pomiar ultradźwiękowy może odegrać kluczową rolę w zapewnianiu dokładnych i niezawodnych pomiarów dla robotów przemysłowych.

Wniosek

Podsumowując, pomiar ultradźwiękowy to technologia wykorzystująca fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości do określenia odległości między dwoma obiektami.Stało się niezbędnym narzędziem w różnych gałęziach przemysłu, w tym w motoryzacji, służbie zdrowia i robotyce.Zasada pomiaru odległości ultradźwiękowej opiera się na fizyce fal dźwiękowych i jest możliwa dzięki zastosowaniu przetworników ultradźwiękowych.Chociaż pomiar ultradźwiękowy ma pewne ograniczenia, ma również kilka zalet, co czyni go popularnym wyborem w szerokim zakresie zastosowań.Przyszłość pomiaru ultradźwiękowego rysuje się w jasnych barwach, a na horyzoncie pojawiają się nowe osiągnięcia i potencjalne zastosowania.

Częstotliwość fali dźwiękowej, którą słyszą ludzkie uszy, wynosi 20 Hz ~ 20 KHz.Gdy częstotliwość jest wyższa niż 20 kHz, ludzkie ucho jej nie słyszy.Dlatego falę dźwiękową o częstotliwości wyższej niż 20 kHz nazywamy „falą ultradźwiękową”.

Ultradźwięki mają silną kierunkowość i pokonują duże odległości w powietrzu.Zostanie to odzwierciedlone w przypadku napotkania przeszkód.Dlatego ludzie często używają fali ultradźwiękowej do pomiaru odległości.

Najpopularniejszą metodą ultradźwiękowego pomiaru odległości jest metoda detekcji echa.Nadajnik ultradźwiękowy emituje fale ultradźwiękowe w określonym kierunku.W tym samym czasie co emisja, licznik czasu rozpoczyna odliczanie czasu.Odbiornik ultradźwiękowy natychmiast zatrzymuje odmierzanie czasu po odebraniu odbitych fal ultradźwiękowych.Prędkość propagacji fal ultradźwiękowych w powietrzu wynosi 340 m/s.Na podstawie czasu zarejestrowanego przez timer można obliczyć odległość od punktu emisji do powierzchni przeszkody.

Główne wskaźniki wydajności czujników ultradźwiękowych obejmują:

(1) Częstotliwość robocza.Częstotliwość robocza to częstotliwość rezonansowa chipa piezoelektrycznego.Gdy częstotliwość napięcia przemiennego przyłożonego do jego dwóch końców jest równa częstotliwości rezonansowej chipa, energia wyjściowa jest największa, a czułość również najwyższa.

(2) Temperatura robocza.Ponieważ punkt odległości materiału piezoelektrycznego jest na ogół stosunkowo wysoki, szczególnie sonda ultradźwiękowa do diagnostyki zużywa małą moc, więc temperatura pracy jest stosunkowo niska i może pracować przez długi czas bezawaryjnie.Temperatura sondy ultradźwiękowej stosowanej w leczeniu jest stosunkowo wysoka i wymagane jest osobne urządzenie chłodzące.

(3) Wrażliwość.Zależy to głównie od samego chipa produkcyjnego, współczynnik sprzężenia elektromechanicznego jest duży, a czułość wysoka.

Wraz z szybkim rozwojem nauki i technologii znalezienie zastosowania czujników ultradźwiękowych nie jest dla nas trudne.Na przykład radar cofania wykorzystuje fale ultradźwiękowe do pomiaru odległości, aby zrealizować funkcję parkowania i omijania przeszkód. Inżynier z Manorshi poleca trzy czujniki ultradźwiękowe MSW-A1458H09TR, MSW-A1440H09TR i MSW-A1840H12TR.Mają dobrą stabilność, wysoką czułość i wysoką precyzję i zostały dobrze przyjęte przez rynek.