Wyświetlenia: 87 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 2020-04-14 Pochodzenie: Strona
Ultradźwiękowy czujnik odległości to bezdotykowe urządzenie wykrywające, które mierzy odległość między czujnikiem a celem, przesyłając impulsy dźwięku ultradźwiękowego i mierząc czas powrotu odbitego echa.
Fale ultradźwiękowe mają częstotliwości powyżej normalnego zakresu słyszalności człowieka, wynoszącego około 20 kHz. Czujniki odległości ze sprzężeniem powietrznym zwykle działają w zakresie częstotliwości około 40 kHz, chociaż stosowane są inne częstotliwości w zależności od wymaganego zakresu pomiarowego, rozdzielczości, rozmiaru przetwornika, układu wiązki i warunków środowiskowych.
W przeciwieństwie do optycznych czujników odległości, czujnik ultradźwiękowy nie zależy przede wszystkim od koloru celu ani współczynnika odbicia światła widzialnego. Może zatem wykryć wiele obiektów przezroczystych, półprzezroczystych, ciemnych lub błyszczących, pod warunkiem, że cel zwróci w kierunku odbiornika wystarczająco silne echo akustyczne.
Szybka odpowiedź: ultradźwiękowy czujnik odległości wysyła w stronę celu impuls dźwiękowy o wysokiej częstotliwości, odbiera odbite echo i oblicza odległość na podstawie czasu podróży w obie strony. Podstawowa formuła to odległość = prędkość dźwięku × czas echa ÷ 2.
Technologia ultradźwiękowego pomiaru odległości jest szeroko stosowana w wykrywaniu przeszkód przez roboty, wspomaganiu parkowania samochodów, pomiarze poziomu cieczy, automatycznych drzwiach, automatyce przemysłowej, systemach bezpieczeństwa, transporcie materiałów i wykrywaniu obecności obiektów.
Zaopatrzenie Manorshiego czujniki i przetworniki ultradźwiękowe do pomiaru odległości, wykrywania obiektów, systemów parkowania, wykrywania poziomu i niestandardowych zastosowań elektronicznych.
Większość ultradźwiękowych czujników odległości wykorzystuje zasadę czasu przelotu , zwaną także metodą czasu przejścia echa. System mierzy czas pomiędzy wysłaniem impulsu ultradźwiękowego a otrzymaniem odbitego echa.
Obwód sterujący generuje krótki impuls elektryczny o częstotliwości znamionowej przetwornika ultradźwiękowego lub w jej pobliżu.
Przetwornik nadawczy przetwarza sygnał elektryczny na ultradźwiękowe wibracje mechaniczne.
Impuls ultradźwiękowy przemieszcza się w powietrzu w kierunku celu.
Część energii dźwięku odbija się od powierzchni docelowej.
Odbiornik przetwarza zwrócone echo akustyczne na mały sygnał elektryczny.
Obwód kondycjonowania sygnału wzmacnia, filtruje i wykrywa echo.
Mikrokontroler lub obwód czasowy mierzy czas podróży w obie strony i przetwarza go na odległość.
Odległość = (czas echa × prędkość dźwięku) ÷ 2
d = (t × c) ÷ 2
d to odległość w jedną stronę między czujnikiem a celem.
t to zmierzony czas podróży w obie strony od transmisji do odbioru echa.
c jest prędkością dźwięku w ośrodku pomiarowym.
Wynik dzieli się przez dwa, ponieważ dźwięk przemieszcza się od czujnika do celu, a następnie z powrotem do czujnika.
W temperaturze około 20°C prędkość dźwięku w suchym powietrzu wynosi około 343 m/s. Jeśli zmierzony czas echa wynosi 5,83 milisekundy, obliczona odległość wynosi:
Odległość = 0,00583 sekundy × 343 m/s ÷ 2
Odległość ≈ 1 metr
W tym przykładzie założono stabilną temperaturę powietrza i wyraźnie wykrywalne echo. Prawdziwe systemy mogą również stosować kompensację temperatury, filtrowanie sygnału, wykrywanie progów, kalibrację i uśrednianie wielu próbek.
Rdzeniem wielu ultradźwiękowych przetworników odległości jest piezoelektryczny element ceramiczny przymocowany do metalowej membrany lub płyty rezonansowej. Zespół może również zawierać rezonator, obudowę akustyczną, zaciski, materiał tłumiący, siatkę ochronną i elementy uszczelniające środowisko.
Po przyłożeniu zmiennego napięcia elektrycznego do ceramiki piezoelektrycznej materiał rozszerza się i kurczy. To mechaniczne odkształcenie powoduje, że membrana wibruje i emituje fale ultradźwiękowe w powietrze.
Podczas odbioru następuje odwrotny proces piezoelektryczny. Powracające ultradźwiękowe fale ciśnienia wprawiają membranę i element piezoelektryczny w drgania, generując niewielki sygnał elektryczny, który może zostać wzmocniony i przetworzony przez obwód odbiorczy.
Rezonator w kształcie lejka lub rogu może poprawić przenoszenie energii akustycznej pomiędzy elementem piezoelektrycznym a otaczającym powietrzem. Jego geometria wpływa również na czułość, częstotliwość rezonansową i wzór wiązki.
Ważna różnica: Pomiar ultradźwiękowy sprzężony z powietrzem zwykle mierzy echa odbite od powierzchni docelowej. Nie należy go mylić z obrazowaniem medycznym lub ultradźwiękowymi systemami badań nieniszczących zaprojektowanymi do przenoszenia dźwięku przez ciecze lub materiały stałe.
Ultradźwiękowy system ustalania odległości może wykorzystywać oddzielny nadajnik i odbiornik lub pojedynczy transceiver, który naprzemiennie transmituje i odbiera.
| Konfiguracja | Metoda pracy | Typowe zalety | Względy projektowe |
|---|---|---|---|
| Oddzielny nadajnik i odbiornik | Jeden przetwornik nadaje w sposób ciągły lub przerywany, podczas gdy drugi przetwornik odbiera echa. | Oddzielne ścieżki nadawania i odbioru, elastyczna konstrukcja obwodów i brak konieczności przełączania jednego elementu między trybami. | Należy kontrolować odstępy między czujnikami, ich ustawienie, sprzężenie akustyczne i bezpośredni przesłuch między nadajnikiem a odbiornikiem. |
| Pojedynczy transceiver ultradźwiękowy | Jeden element wysyła impuls, a następnie przełącza się w tryb odbioru. | Kompaktowa konstrukcja mechaniczna i łatwiejsze ustawienie osi nadawczej i odbiorczej. | System musi poczekać, aż mechaniczne dzwonienie zaniknie, zanim wykryje echa z bliskiej odległości. |
| Para wiązek przelotowych | Nadajnik i odbiornik są zwrócone ku sobie, a system wykrywa, kiedy obiekt zakłóca ścieżkę dźwięku. | Szybka reakcja i niezawodne wykrywanie przezroczystych folii, butelek i szybko poruszających się obiektów. | Ta konfiguracja przede wszystkim wykrywa obecność, a nie oblicza odległość od obiektu odblaskowego. |
W poniższej tabeli zachowano przykładowe parametry nadajnika i odbiornika ultradźwiękowego 40 kHz z oryginalnej strony. Wartości tych nie należy traktować jako uniwersalnych specyfikacji dla każdego czujnika ultradźwiękowego. Przed zaprojektowaniem obwodu przemiennika lub zatwierdzeniem komponentu produkcyjnego należy zawsze potwierdzić ostateczny numer części, warunki testowe i arkusz danych produktu.
| Specyfikacja | Przykładowa wartość |
|---|---|
| Częstotliwość środkowa | 40 ± 1,0 kHz |
| Przenoszony poziom ciśnienia akustycznego | Minimum 100 dB |
| Czułość odbioru | -72 dB minimum |
| Czułość echa | ≥230 mV |
| Czas dzwonienia | Maksymalnie 1,2 ms |
| Pojemność przy 1 kHz | 2400 pF ±20% |
| Maksymalne ciągłe napięcie sterujące | 20 Vrms |
| Całkowity kąt świecenia | Typowo 47° przy -6 dB |
| Czas rozkładu | ≤1,2 ms |
| Temperatura robocza | −30°C do +80°C |
| Temperatura przechowywania | −30°C do +80°C |
Struktura i wymiary przetwornika ultradźwiękowego
Para ultradźwiękowego nadajnika i odbiornika 40 kHz
Wydajność pomiaru ultradźwiękowego zależy od przetwornika, obwodu sterującego, obwodu odbiorczego, algorytmu przetwarzania sygnału, obiektu docelowego i środowiska instalacji. Poniższe parametry należy oceniać łącznie, a nie niezależnie.
Częstotliwość środkowa to częstotliwość, przy której przetwornik ma działać efektywnie. W przypadku nominalnego przetwornika ultradźwiękowego 40 kHz obwód nadawczy zwykle generuje impuls o częstotliwości bliskiej 40 kHz, podczas gdy odbiornik jest filtrowany w podobnym zakresie częstotliwości.
Zbyt duża odległość od obszaru rezonansowego może zmniejszyć przesyłaną energię akustyczną i czułość odbioru. Tolerancja komponentów, temperatura, montaż i konstrukcja obudowy mogą również zmieniać efektywną reakcję.
Przenoszony poziom ciśnienia akustycznego wskazuje siłę sygnału ultradźwiękowego w określonych warunkach testowych. Wyższa wartość może powodować silniejsze echa lub dłuższe odległości wykrywania, ale wynik zależy od napięcia napędu, częstotliwości, kształtu fali, odległości pomiaru i urządzenia testowego.
Wartości ciśnienia akustycznego należy porównywać tylko wtedy, gdy w arkuszach danych podano równoważne warunki pomiaru.
Czułość odbioru opisuje, jak skutecznie odbiornik przekształca przychodzące ciśnienie ultradźwiękowe na sygnał elektryczny. Wyższa czułość może poprawić wykrywanie słabego echa, ale cały system zależy również od szumu wzmacniacza, szerokości pasma filtra, wzmocnienia, ustawień progów i zakłóceń elektromagnetycznych.
Czułość echa reprezentuje odebrany sygnał wytwarzany w ramach określonego celu i układu testowego. Przydatny system pomiaru odległości musi odróżniać rzeczywiste echo od szumu elektrycznego, wibracji mechanicznych, bezpośredniego sprzężenia akustycznego i odbić wtórnych.
W celu poprawy rozpoznawania echa można zastosować automatyczną kontrolę wzmocnienia, filtrowanie pasmowo-przepustowe, wykrywanie obwiedni, przetwarzanie korelacji i progi adaptacyjne.
Po zakończeniu serii nadawczej przetwornik i konstrukcja mechaniczna przez krótki czas wibrują dalej. Te resztkowe wibracje nazywane są dzwonieniem lub dzwonieniem.
W tym okresie rekonwalescencji echo bliskiego celu może zostać ukryte przez znacznie silniejszy resztkowy sygnał nadawczy. Odpowiednia minimalna mierzalna odległość nazywana jest martwą martwej , strefą strefy lub minimalną odległością wykrywania.
Krótszy czas dzwonienia generalnie zapewnia krótsze minimalne odległości wykrywania, chociaż ostateczna martwa strefa zależy również od powrotu obwodu, napięcia nadajnika, tłumienia, ustawień progów i metod przetwarzania sygnału.
Przetwornik ultradźwiękowy nie wytwarza nieskończenie wąskiej wiązki prostej. Emituje energię akustyczną poprzez trójwymiarowy stożek dźwiękowy zawierający listek główny i mniejsze listki boczne.
Szersza wiązka może wykrywać obiekty na większym obszarze, ale może również odbierać niepożądane odbicia od pobliskich ścian, wsporników, rur lub powierzchni obudowy. Węższa wiązka zapewnia lepszą selektywność kierunkową, ale wymaga dokładniejszego ustawienia czujnika.
Piezoelektryczny przetwornik ultradźwiękowy zachowuje się głównie jak pojemnościowe obciążenie elektryczne. Jego pojemność wpływa na prąd sterownika, dopasowanie impedancji, straty przełączania i konstrukcję obwodu rezonansowego.
Przyłożone napięcie musi mieścić się w granicach znamionowych wartości ciągłych i impulsowych przetwornika. Nadmierne napięcie napędu może spowodować przegrzanie, depolaryzację, uszkodzenie mechaniczne lub skrócenie żywotności.
Temperatura wpływa na prędkość dźwięku, właściwości piezoelektryczne, rezonans, czułość, materiały klejące i elementy elektroniczne. Potwierdź zarówno zakres temperatury roboczej, jak i zakres temperatury przechowywania dla rzeczywistego modelu czujnika.
Temperatura jest jedną z najważniejszych zmiennych środowiskowych, ponieważ zmienia prędkość dźwięku. Powszechnie stosowanym przybliżeniem dla suchego powietrza w pobliżu normalnych warunków atmosferycznych jest:
Prędkość dźwięku ≈ 331,3 + (0,606 × temperatura w °C) m/s
W systemie, który zawsze przyjmuje prędkość 343 m/s, może wystąpić mierzalny błąd odległości, gdy zmienia się rzeczywista temperatura. W przypadku zastosowań wymagających stabilnej dokładności bezwzględnej należy umieścić czujnik temperatury w pobliżu ścieżki akustycznej i zaktualizować obliczenia prędkości dźwięku.
Duże cele zazwyczaj zwracają więcej energii akustycznej niż małe cele. Cel węższy niż aktywny stożek dźwiękowy może generować słabe echo lub umożliwiać czujnikowi wykrycie za sobą większego obiektu.
Maksymalne wartości zakresu są zwykle mierzone przy użyciu określonego płaskiego celu odniesienia. Praktyczny zakres dla małych drutów, wąskich rur, zakrzywionych przedmiotów lub nieregularnych części może być krótszy.
Płaski, gładki cel zapewnia najsilniejszy efekt, gdy jego powierzchnia jest w przybliżeniu prostopadła do osi czujnika. Jeśli powierzchnia jest nachylona, duża część energii akustycznej może zostać odbita od odbiornika.
Szorstkie powierzchnie rozpraszają dźwięk w wielu kierunkach i mogą tolerować większe zmiany kątowe, ale zwracana energia może być mniej przewidywalna.
Twarde powierzchnie, takie jak metal, szkło, sztywny plastik, drewno i spokojne powierzchnie cieczy często wytwarzają przydatne odbicia. Miękkie, porowate lub włókniste materiały, takie jak pianka, gruba tkanina, bawełna i luźna izolacja, mogą pochłaniać energię ultradźwiękową i zmniejszać zasięg wykrywania.
Przezroczyste obiekty są często wykrywalne, ponieważ ultradźwięki nie zależą od widocznej przezroczystości. Jednak gładka szklana lub plastikowa powierzchnia nadal wymaga odpowiedniego kąta, aby odbijać dźwięk z powrotem w kierunku czujnika.
Obiekty znajdujące się w określonej strefie niewidomych nie mogą być mierzone w sposób wiarygodny. Czujnik może zgłosić brak celu, wartość niestabilną lub fałszywą odległość generowaną przez dzwonienie i wewnętrzne odbicia.
Instalacja musi utrzymywać najbliższy oczekiwany cel poza minimalną odległością wykrywania podaną w ostatecznym arkuszu danych czujnika lub modułu.
Silny przepływ powietrza może zmienić efektywną ścieżkę dźwięku, natomiast szybko zmieniające się gradienty temperatury mogą zagiąć falę akustyczną lub zmienić jej prędkość propagacji wzdłuż ścieżki pomiaru.
Unikaj montowania precyzyjnego czujnika odległości bezpośrednio obok wylotów gorącego powietrza, wentylatorów chłodzących, otworów parowych lub szybko zmieniających się źródeł ciepła.
Umiarkowana wilgotność ma zazwyczaj mniejszy wpływ niż temperatura, ale wilgoć może nadal wpływać na tłumienie akustyczne i działanie czujnika. Krople wody, kondensacja, lód lub zanieczyszczenia na powierzchni przetwornika mogą blokować lub zniekształcać ścieżkę dźwięku.
W zastosowaniach na zewnątrz lub w warunkach wysokiej wilgotności należy stosować odpowiednio uszczelniony lub wodoodporny przetwornik ultradźwiękowy, zamiast zakładać, że czujnik typu otwartego jest chroniony przed środowiskiem.
Ściany, wsporniki montażowe, pokrywy ochronne, krawędzie zbiorników i ramy maszyn mogą powodować niepożądane echa. Odbicia te mogą pojawić się przed lub po echu zamierzonego celu i powodować fałszywe pomiary.
Trzymaj główny stożek dźwiękowy w czystości i przetestuj cały zespół czujnika w ostatecznej obudowie, zamiast oceniać tylko goły przetwornik.
Gdy kilka czujników ultradźwiękowych działa blisko siebie, jeden odbiornik może wykryć impuls przesyłany przez inny czujnik. Nazywa się to przesłuchem akustycznym i może powodować nieprawidłowe odczyty odległości.
Aby zredukować zakłócenia, należy stosować wyzwalanie zsynchronizowane, pomiary sekwencyjne, odpowiednie odstępy, fizyczną izolację akustyczną lub kodowane metody transmisji.
Użyj kompensacji temperatury. Zmierz temperaturę powietrza w pobliżu ścieżki akustycznej i zaktualizuj obliczenia prędkości dźwięku.
Trzymaj cel poza ślepą strefą. Sprawdź minimalną odległość pomiarową przy rzeczywistym napięciu napędu i warunkach obwodu.
Ustaw cel prawidłowo. Ustaw gładkie, płaskie cele tak blisko, jak to możliwe, prostopadle do osi czujnika.
Utrzymuj stożek dźwiękowy w czystości. Zapobiegaj przedostawaniu się wsporników, pokryw i ścianek obudowy do pola detekcji.
Użyj filtrowania pasmowo-przepustowego. Filtruj wokół częstotliwości roboczej przetwornika, aby zredukować szerokopasmowe szumy elektryczne i akustyczne.
Zastosuj uśrednianie cyfrowe lub filtrowanie mediany. Wielokrotne pomiary mogą zredukować szum losowy i odrzucić izolowane wartości odstające.
Sterowanie czasem nadajnika. Przed wysłaniem kolejnego impulsu poczekaj, aż poprzednie echo zniknie.
Synchronizuj wiele czujników. Uruchamiaj czujniki sekwencyjnie lub użyj metody kontrolowanej synchronizacji, aby zmniejszyć przesłuch.
Skalibrować cały zespół. Przetestuj czujnik, obudowę, konstrukcję montażową i elektronikę w znanych odległościach.
Przetestuj reprezentatywne cele. Sprawdź wydajność, korzystając z rzeczywistego rozmiaru obiektu, materiału, kąta, prędkości i warunków środowiskowych.
Czujniki ultradźwiękowe typu otwartego zwykle wykorzystują metalową obudowę z odsłoniętym otworem akustycznym. Są powszechnie wybierane do zastosowań w elektronice wewnętrznej, płytkach rozwojowych, robotach, wykrywaniu obiektów i niedrogich systemach pomiaru odległości.
Mogą zapewnić skuteczną transmisję akustyczną, ale generalnie nie są przeznaczone do bezpośredniego narażenia na deszcz, rozpryski wody, kondensację lub poważne zanieczyszczenia, chyba że określono inaczej.
Wodoodporne lub odporne na warunki atmosferyczne przetworniki ultradźwiękowe wykorzystują uszczelnioną powierzchnię przednią i obudowę ochronną. Nadają się do samochodowych systemów parkingowych, sprzętu zewnętrznego, pomiaru poziomu cieczy, produktów zabezpieczających i zastosowań przemysłowych narażonych na działanie pyłu lub wilgoci.
Konstrukcja zabezpieczająca zmienia reakcję akustyczną, dlatego model wodoodporny musi być dopasowany do odpowiedniej częstotliwości napędu, napięcia i obwodu odbiorczego.
Zintegrowany moduł ultradźwiękowy łączy w sobie jeden lub więcej przetworników z elektroniką nadawczą, wzmocnieniem odbiorczym, przetwarzaniem sygnału i cyfrowym lub analogowym interfejsem wyjściowym.
Moduły upraszczają rozwój systemu, ale zapewniają mniejszą kontrolę nad wewnętrznym kształtem fali, wzmocnieniem i algorytmem detekcji niż niestandardowy obwód oparty na przetworniku.
Przetworniki ultradźwiękowe o wyższej częstotliwości mają krótsze długości fal i mogą wspierać wykrywanie mniejszych cech lub bardziej wyspecjalizowane pomiary. Jednakże dźwięki o wyższej częstotliwości są zazwyczaj silniej tłumione w powietrzu, co może zmniejszyć praktyczny zasięg wykrywania.
Częstotliwość należy wybrać w zależności od zasięgu, rozmiaru celu, rozdzielczości, średnicy przetwornika, tłumienia otoczenia i szerokości pasma systemu, zamiast zakładać, że wyższa częstotliwość jest zawsze lepsza.
| Zalety | Ograniczenia |
|---|---|
| Bezdotykowy pomiar odległości i obecności | Ma minimalną odległość wykrywania lub strefę ślepą |
| Potrafi wykryć wiele przezroczystych, ciemnych i odblaskowych obiektów | Miękkie lub porowate materiały mogą pochłaniać dźwięk |
| Działa bez widocznego oświetlenia | Cele o gładkim nachyleniu mogą odbijać echo |
| Może mierzyć poziom cieczy bez kontaktu z cieczą | Piana, fale, turbulencje lub opary mogą obniżyć niezawodność |
| Ekonomiczne w zastosowaniach krótkiego i średniego zasięgu | Aby uzyskać dokładny zakres, może być konieczna kompensacja temperatury |
| Dostępne jako modele otwarte, wodoodporne, wysokiej częstotliwości i zintegrowane | Wiele czujników może ze sobą kolidować |
| Nadaje się do kompaktowych i zintegrowanych systemów elektronicznych | Pobliskie struktury mogą powodować odbicia wtórne |
Żadna technologia wykrywania nie jest idealna do każdego zastosowania. Właściwy wybór zależy od celu, wymaganego zasięgu, szybkości reakcji, rozdzielczości, warunków oświetleniowych, narażenia środowiskowego i kosztu systemu.
| Porównanie | czujnika ultradźwiękowego | na podczerwień lub czujnika fotoelektrycznego | LiDAR lub laserowego czujnika odległości |
|---|---|---|---|
| Zasada pomiaru | Dźwiękowy czas lotu | Światło odbite lub przerwane | Laserowy lub optyczny czas lotu |
| Docelowa czułość kolorów | Generalnie niski | Może być znaczący | Zależy od współczynnika odbicia optycznego |
| Przezroczyste wykrywanie celu | Często skuteczny przy odpowiednim kącie docelowym | Może wymagać specjalistycznego czujnika optycznego | Może być trudne w przypadku przezroczystych materiałów |
| Rozmiar wiązki | Stosunkowo szeroki stożek dźwiękowy | Zwykle węższy | Bardzo wąska plamka lub wiązka skanująca |
| Szybkość reakcji | Ograniczone czasem podróży dźwięku | Generalnie szybko | Generalnie szybko |
| Główna troska o środowisko | Temperatura, przepływ powietrza, absorpcja i odbicia akustyczne | Światło otoczenia, kurz, kolor i zanieczyszczenie optyczne | Zanieczyszczenie optyczne, współczynnik odbicia, mgła i koszt |
| Typowa siła | Niezawodne bezkontaktowe wykrywanie różnorodnych materiałów | Szybkie wykrywanie obiektów i precyzyjne plamki świetlne | Duży zasięg, wąska wiązka i wysoka precyzja przestrzenna |
Roboty mobilne, pojazdy kierowane automatycznie, roboty usługowe i platformy edukacyjne wykorzystują czujniki ultradźwiękowe do wykrywania ścian, sprzętu, ludzi i innych przeszkód bez kontaktu fizycznego.
Wodoodporne przetworniki ultradźwiękowe instalowane w zderzakach pojazdów mierzą odległość do pobliskich przeszkód i wspomagają systemy ostrzegania o parkowaniu, manewrowaniu przy małej prędkości i ostrzegania o bliskości.
Ultradźwiękowy czujnik poziomu skierowany w dół mierzy odległość od czujnika do powierzchni cieczy. Sterownik może obliczyć pozostałą wysokość cieczy, gdy znane są wymiary zbiornika i położenie czujnika.
Podczas testów aplikacyjnych należy ocenić pianę, opary, mieszanie, pochylone powierzchnie cieczy i wewnętrzne konstrukcje zbiornika.
Czujniki ultradźwiękowe mogą wykrywać produkty na przenośnikach, monitorować wysokość stosów, potwierdzać obecność komponentów, liczyć pojemniki i wykrywać przezroczyste butelki lub folie, co może być trudne dla standardowych czujników optycznych.
Detekcja ultradźwiękowa może wykryć ruch lub obecność w pobliżu drzwi, wejść, obszarów o ograniczonym dostępie i systemów alarmowych bez konieczności stosowania oświetlenia widzialnego.
Czujniki ultradźwiękowe krótkiego zasięgu mogą mierzyć odległość między dronem a ziemią podczas zawisu lub lądowania na małej wysokości. Należy wziąć pod uwagę przepływ powietrza wirnika, kąt powierzchni, zakłócenia trawy i dźwięku.
Ultradźwiękowy czujnik zbliżeniowy można zintegrować z dozownikami, urządzeniami gospodarstwa domowego, panelami sterowania, koszami na śmieci i innymi produktami wymagającymi bezdotykowej aktywacji lub monitorowania poziomu.
Wybór odpowiedniego czujnika ultradźwiękowego wymaga czegoś więcej niż tylko wyboru częstotliwości. Dostarczyć dostawcy kompletne warunki stosowania, aby można było wspólnie ocenić projekt akustyczny, elektryczny i mechaniczny.
| Pytania dotyczące pozycji wyboru | do potwierdzenia |
|---|---|
| Zakres pomiarowy | Jaka jest minimalna i maksymalna odległość do celu? |
| Cel | Jaki jest materiał, rozmiar, kształt, kąt i prędkość ruchu celu? |
| Częstotliwość | Czy częstotliwość 40 kHz jest odpowiednia dla wymaganego zasięgu i rozmiaru celu? |
| Kąt wiązki | Czy wymagany jest szeroki obszar detekcji czy wąska wiązka kierunkowa? |
| Środowisko | Czy czujnik napotka deszcz, kondensację, kurz, chemikalia, wiatr lub ekstremalne temperatury? |
| Dokładność i rozdzielczość | Jaki błąd pomiaru i powtarzalność akceptuje aplikacja? |
| Czas reakcji | Jak szybko system musi wykryć lub śledzić cel? |
| Interfejs elektryczny | Czy wymagany jest sam przetwornik, para nadajnik-odbiornik, wyjście analogowe czy moduł cyfrowy? |
| Obwód napędowy | Jakie napięcie, przebieg impulsowy, architektura wzmacniacza i odbiornika zostaną zastosowane? |
| Projekt mechaniczny | Jaka średnica, wysokość, zacisk, kabel, złącze i metoda montażu są wymagane? |
| Ilość i personalizacja | Jaka jest ilość prototypów, roczna wielkość i wymagania dotyczące wydajności niestandardowej? |
Trzymaj cały stożek dźwiękowy z dala od ścian obudowy i wsporników montażowych.
Nie zakrywaj otworu akustycznego zwykłym plastikiem, grubą tkaniną lub nieodpowiednią siatką.
Utrzymuj najbliższy cel poza określoną martwą strefą.
Wyrównaj gładkie cele jak najbliżej prostopadle do osi wykrywania.
W przypadku montażu czujnika w pobliżu silników, pomp lub siłowników mechanicznych należy stosować izolację wibracyjną.
Trzymaj ścieżki przełączania o wysokim natężeniu i zaszumione obwody zasilania z dala od wejścia odbiornika.
W przypadku słabych sygnałów echa należy stosować odpowiednie uziemienie, ekranowanie i filtrowanie.
Zapobiegaj gromadzeniu się wody, lodu, oleju lub silnych zanieczyszczeń na powierzchni przetwornika.
Włączaj sekwencyjnie sąsiednie czujniki ultradźwiękowe, aby zredukować zakłócenia akustyczne.
Skalibrować i sprawdzić czujnik po jego zainstalowaniu w obudowie produktu końcowego.
Manorshi dostarcza produkty ultradźwiękowe typu otwartego, wodoodporne, wysokiej częstotliwości, wspomagające parkowanie i wykrywające poziom dla producentów, twórców elektroniki i dostawców sprzętu przemysłowego.
Dostępne parametry oceny mogą obejmować częstotliwość środkową, poziom ciśnienia akustycznego, czułość odbioru, kąt wiązki, pojemność, czas dzwonienia, temperaturę pracy, wymiary obudowy, zaciski, przewody doprowadzające i ochronę środowiska.
Zobacz Wodoodporny nadajnik i odbiornik ultradźwiękowy 40 kHz lub przeglądaj całość Seria czujników ultradźwiękowych Manorshi.
W przypadku nowego zastosowania należy podać wymagany zakres pomiarowy, materiał docelowy, środowisko pracy, napięcie zasilania, kąt świecenia, wymiary, ilość roczną i oczekiwaną wydajność. Skontaktuj się z firmą Manorshi , aby omówić wybór czujnika, próbki lub niestandardowe wymagania dotyczące przetwornika ultradźwiękowego.
Ultradźwiękowy czujnik odległości to urządzenie bezdotykowe, które emituje impuls ultradźwiękowy, wykrywa odbite echo i oblicza odległość do celu na podstawie czasu podróży dźwięku w obie strony.
Podstawowa formuła to Odległość = Czas echa × Prędkość dźwięku ÷ 2 . Obliczenie dzieli się przez dwa, ponieważ zmierzony czas obejmuje podróż do celu i podróż powrotną do odbiorcy.
Czterdzieści kiloherców zapewnia praktyczną równowagę pomiędzy rozmiarem przetwornika, mocą akustyczną, tłumieniem powietrza, dostępnością komponentów i wykrywaniem krótkiego i średniego zasięgu. Jest powszechny, ale nie nadaje się do każdego zastosowania.
Przetwornik ultradźwiękowy to element elektromechaniczny, który przekształca energię elektryczną w ultradźwięki lub ultradźwięki w sygnał elektryczny. Czujnik ultradźwiękowy może odnosić się do samego przetwornika lub do kompletnego modułu zawierającego przetwornik, sterownik, odbiornik i elektronikę przetwarzającą sygnał.
Martwa strefa to minimalny obszar przed czujnikiem, w którym nie jest możliwy wiarygodny pomiar odległości. Jest to spowodowane głównie dzwonieniem przetwornika, czasem regeneracji obwodu i silnym nadawanym sygnałem maskującym bliskie echo.
Temperatura zmienia prędkość dźwięku w powietrzu. Jeśli w obliczeniach wykorzystana zostanie stała prędkość dźwięku podczas rzeczywistych zmian temperatury, podana odległość będzie zawierać błąd proporcjonalny. Kompensacja temperatury poprawia absolutną dokładność.
Tak. Wykrywanie ultradźwiękowe nie opiera się na odbiciu światła widzialnego, dzięki czemu może wykryć wiele przezroczystych materiałów. Należy jednak ustawić gładką, przezroczystą powierzchnię pod odpowiednim kątem, aby echo akustyczne wróciło do odbiornika.
Wykrycie może być możliwe, ale miękkie, porowate i włókniste materiały mogą pochłaniać energię ultradźwiękową i wytwarzać słabe echo. Efektywny zasięg należy sprawdzić przy użyciu rzeczywistego materiału, grubości i stanu powierzchni.
Tak. Czujnik zainstalowany nad zbiornikiem może mierzyć odległość do powierzchni cieczy bez dotykania cieczy. Spokojne powierzchnie na ogół zapewniają lepsze wyniki niż powierzchnie pieniące się, wzburzone, pochylone lub silnie pokryte parą.
Kolor docelowy zwykle ma niewielki bezpośredni wpływ, ponieważ czujniki ultradźwiękowe wykorzystują dźwięk, a nie światło widzialne. Kąt powierzchni, twardość, rozmiar, tekstura i pochłanianie dźwięku są zwykle ważniejsze.
Ciemność nie wpływa na wykrywanie ultradźwiękowe. Umiarkowany kurz lub mgła mogą mieć mniejszy wpływ niż na czujniki optyczne, ale silny kurz, kropelki wody, kondensacja lub materiał pokrywający powierzchnię przetwornika mogą nadal zmniejszać wydajność.
Nie. Dźwięk ultradźwiękowy jest falą mechaniczną i do rozchodzenia się wymaga ośrodka takiego jak powietrze, gaz, ciecz lub ciało stałe. Konwencjonalny ultradźwiękowy czujnik odległości sprzężony z powietrzem nie może działać w próżni.
Typowe przyczyny to obiekt znajdujący się w martwej strefie, słabe odbicie akustyczne, obiekt ustawiony pod kątem lub poruszający się, pobliskie echa strukturalne, szum elektryczny, zmiany temperatury, przepływ powietrza, zanieczyszczenie przetwornika i zakłócenia pochodzące od innych czujników ultradźwiękowych.
Uruchamiaj czujniki sekwencyjnie i poczekaj, aż każdy przesłany impuls i jego echa zanikną, zanim aktywujesz następny czujnik. Synchronizacja, odstępy, izolacja akustyczna i kodowane sygnały mogą również zmniejszyć przesłuchy.
Wybierz szerszą wiązkę, jeśli pozycja celu jest zmienna lub wymagany jest większy obszar wykrywania. Wybierz węższą wiązkę, jeśli konieczne jest wykluczenie pobliskich obiektów lub potrzebny jest bardziej kierunkowy pomiar. Oceń całą reakcję stożka dźwiękowego, a nie tylko jeden nominalny kąt.
Czujniki typu otwartego nadają się do chronionych zastosowań wewnętrznych i mogą zapewniać efektywne parametry akustyczne. Wodoodporne czujniki są lepsze w zastosowaniach motoryzacyjnych, zewnętrznych, w środowiskach z poziomem cieczy lub o wysokiej wilgotności. Właściwy wybór zależy od narażenia środowiska, zasięgu i wymagań mechanicznych.
Podaj częstotliwość środkową, zakres pomiarowy, szczegóły celu, wymagany kąt wiązki, SPL nadawania, czułość odbioru, napięcie zasilania, typ obwodu, temperaturę roboczą, wymagania w zakresie wodoodporności, wymiary, metodę montażu, zaciski, długość kabla, złącze, wymagania certyfikacyjne i roczną wielkość zamówienia.
