Wyświetlenia: 110 Autor: Grace Czas publikacji: 2021-06-25 Pochodzenie: Strona
Czujniki ultradźwiękowe to urządzenia wykorzystujące fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości do wykrywania obiektów, pomiaru odległości lub monitorowania ruchu. Przekształcają sygnały elektryczne w fale ultradźwiękowe, a następnie przekształcają odbite echa z powrotem w sygnały elektryczne do celów pomiaru i kontroli.
Fala ultradźwiękowa to mechaniczna fala dźwiękowa o częstotliwości wyższej niż 20 kHz. Ponieważ fale ultradźwiękowe mają krótką długość fali, dobrą kierunkowość i stosunkowo stabilną propagację w powietrzu, są szeroko stosowane w pomiarze odległości, wykrywaniu obiektów, wykrywaniu poziomu cieczy, czujnikach parkowania, robotyce i automatyce przemysłowej.
Typowy ultradźwiękowy czujnik odległości wykorzystuje nadajnik do emisji fal dźwiękowych i odbiornik do przechwytywania fali odbitej. Mierząc czas między transmisją a odbiorem echa, czujnik może obliczyć odległość od czujnika do obiektu docelowego.
Czujnik ultradźwiękowy to czujnik bezdotykowy, który wykorzystuje ultradźwięki do wykrywania obecności, odległości, położenia lub ruchu obiektu. Może pracować jako ultradźwiękowy czujnik odległości, czujnik wykrywania obiektów, czujnik poziomu cieczy lub czujnik zbliżeniowy, w zależności od projektu obwodu i zastosowania.
W wielu czujnikach ultradźwiękowych 40 kHz do generowania i odbierania fal ultradźwiękowych stosuje się przetwornik ceramiczny. Nadajnik wysyła impuls ultradźwiękowy, a odbiornik wykrywa echo odbite od celu. Obwód czujnika przetwarza następnie sygnał echa i wysyła dane dotyczące odległości lub detekcji.
Para czujników ultradźwiękowych może składać się z oddzielnego nadajnika i odbiornika lub obie funkcje mogą być osadzone w jednym urządzeniu nadawczo-odbiorczym. Poniższy obrazek przedstawia elementy nadajnika i odbiornika ultradźwiękowego Manorshi 40 kHz. Więcej produktów z czujnikami ultradźwiękowymi można znaleźć na stronie Czujnik ultradźwiękowy Manorshi.
Zasada działania czujnika ultradźwiękowego opiera się na transmisji fali dźwiękowej, odbiciu i wykrywaniu echa. Czujnik emituje impuls ultradźwiękowy w kierunku celu. Kiedy fala dźwiękowa dociera do powierzchni obiektu, część fali odbija się z powrotem do odbiornika.
Czujnik mierzy czas podróży echa, zwany także czasem przelotu. Ponieważ znana jest prędkość dźwięku w powietrzu, odległość można obliczyć na podstawie czasu podróży fali ultradźwiękowej w obie strony.
Odległość = prędkość dźwięku × czas echa / 2
Wynik dzieli się przez 2, ponieważ fala dźwiękowa przemieszcza się od czujnika do obiektu, a następnie wraca od obiektu do czujnika. Zmierzony czas echa jest czasem w obie strony, a nie w jedną stronę.
| Krok | Co się stanie |
|---|---|
| 1. Wejście sygnału elektrycznego | Obwód podaje sygnał elektryczny do nadajnika ultradźwiękowego. |
| 2. Emisja fali ultradźwiękowej | Przetwornik piezoelektryczny wibruje i emituje fale ultradźwiękowe. |
| 3. Odbicie echa | Fala odbija się, gdy napotyka obiekt, powierzchnię cieczy lub granicę faz. |
| 4. Odbiór echa | Odbiornik wykrywa odbitą falę ultradźwiękową. |
| 5. Obliczanie sygnału | Obwód sterujący oblicza odległość na podstawie czasu przelotu. |
Jakiś przetwornik ultradźwiękowy zwykle wykorzystuje piezoelektryczny kryształ ceramiczny przymocowany do metalowej płyty wibracyjnej lub rezonatora. Kiedy do elementu piezoceramicznego przyłożone jest zmienne napięcie elektryczne, szybko się on rozszerza i kurczy.
Te wibracje mechaniczne generują fale ultradźwiękowe. Rezonator i obudowa pomagają skierować energię akustyczną do przodu, dzięki czemu emitowana fala dźwiękowa przemieszcza się jako wiązka kierunkowa, a nie rozprzestrzenia się równomiernie we wszystkich kierunkach.
Odbiornik ultradźwiękowy działa w odwrotny sposób. Gdy odbita fala ultradźwiękowa dotrze do odbiornika, płyta wibracyjna poruszy się. Wibracje te przenoszone są na piezoelektryczny dysk ceramiczny.
Ze względu na efekt piezoelektryczny element ceramiczny generuje sygnał elektryczny pod wpływem obciążenia mechanicznego. Obwód czujnika wzmacnia i przetwarza ten słaby sygnał, aby określić, czy echo powróciło i ile czasu zajęło jego pojawienie się.
Krótko mówiąc, czujniki ultradźwiękowe mogą zarówno transmitować, jak i odbierać fale ultradźwiękowe. Podczas transmisji przekształcają energię elektryczną w wibracje ultradźwiękowe. Odbierając echa, przekształcają wibracje ultradźwiękowe w sygnały elektryczne. Dlatego nazywane są również przetwornikami ultradźwiękowymi.
Ponieważ element piezoelektryczny jest zwykle okrągły, emitowana fala ultradźwiękowa ma kierunkowy wzór wiązki. Przekrój wiązki jest często podobny do elipsy, dlatego zasięg detekcji jest ograniczony kątem, częstotliwością, rozmiarem przetwornika, mocą akustyczną i odbiciem celu.
W przypadku niektórych konstrukcji czujników ultradźwiękowych poziomy kąt detekcji może być większy niż pionowy kąt detekcji. Na przykład czujnik może mieć poziomy kąt wiązki wynoszący około 120 stopni i pionowy kąt wiązki wynoszący około 60 stopni, w zależności od konstrukcji i zastosowania. Wpływ
| współczynnika wydajności | na pracę czujnika |
|---|---|
| Częstotliwość | Niższe częstotliwości przesyłają dalej, podczas gdy wyższe częstotliwości mogą zapewnić lepszą rozdzielczość przy krótszych dystansach. |
| Kąt wiązki | Wąska wiązka poprawia wykrywanie kierunkowe; szeroka wiązka obejmuje większy obszar. |
| Powierzchnia docelowa | Płaskie, twarde powierzchnie odbijają ultradźwięki lepiej niż powierzchnie miękkie, zakrzywione lub porowate. |
| Temperatura | Temperatura zmienia prędkość dźwięku i może wpływać na dokładność pomiaru odległości. |
| Środowisko | Kurz, wilgoć, wiatr, piana, wibracje i inne źródła ultradźwiękowe mogą mieć wpływ na jakość sygnału. |
Prosta konstrukcja i wygodna produkcja.
Bezdotykowy pomiar odległości bez dotykania obiektu docelowego.
W mniejszym stopniu wpływ ma kolor obiektu, przezroczystość lub światło otoczenia niż w przypadku czujników optycznych.
Nadaje się do wykrywania przezroczystych obiektów, błyszczących powierzchni, poziomu cieczy i wielu materiałów stałych.
Niełatwo zakłócane przez zwykłe pola elektromagnetyczne w środowisku.
Może być zaprojektowany jako typu otwartego, typu wodoodpornego, typu wysokiej częstotliwości, nadajnika, odbiornika lub zintegrowanego urządzenia nadawczo-odbiorczego.
| Typ | Opis | Typowe zastosowanie |
|---|---|---|
| Nadajnik ultradźwiękowy | Przekształca sygnały elektryczne w fale ultradźwiękowe. | Moduły odległościowe, urządzenia odstraszające, systemy czujnikowe. |
| Odbiornik ultradźwiękowy | Przekształca echa ultradźwiękowe w sygnały elektryczne. | Obwody detekcji echa i odbioru sygnału. |
| Transceiver ultradźwiękowy | Łączy funkcje nadawania i odbioru w jednym urządzeniu. | Kompaktowe czujniki odległości i moduły wykrywania obiektów. |
| Wodoodporny czujnik ultradźwiękowy | Wykorzystuje szczelną obudowę do środowisk wilgotnych, zewnętrznych lub związanych z cieczą. | Czujniki parkowania, pomiar na zewnątrz, wykrywanie poziomu w zbiorniku. |
| Czujnik ultradźwiękowy wysokiej częstotliwości | Wykorzystuje wyższą częstotliwość dla lepszej rozdzielczości na krótszych dystansach. | Precyzyjne wykrywanie, inspekcja medyczna, przemysłowa. |
Czujniki ultradźwiękowe znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie potrzebny jest pomiar bezdotykowy. Są szczególnie przydatne, gdy na czujniki optyczne może wpływać kolor, światło, przezroczystość, kurz lub odblaski.
Czujniki parkowania i radar cofania.
Unikanie przeszkód i nawigacja robotem.
Pomiar poziomu cieczy w zbiornikach i kontenerach.
Automatyka przemysłowa i detekcja obiektów.
Inteligentne kosze na śmieci, automatyczne drzwi i wykrywanie obecności.
Pomiar przepływu, wykrywanie nieszczelności i badania nieniszczące w systemach specjalistycznych.
Chociaż czujniki ultradźwiękowe są niezawodne w wielu zastosowaniach, nie nadają się do każdego celu lub środowiska. Miękkie, porowate, ustawione pod kątem, bardzo małe lub pochłaniające dźwięk przedmioty mogą powodować słabe echo. Piana, turbulencje, silny ruch powietrza i zmiany temperatury mogą również wpływać na dokładność pomiaru.
Aby uzyskać dokładny ultradźwiękowy pomiar odległości, inżynierowie powinni wybrać właściwą częstotliwość, kąt wiązki, typ czujnika, pozycję instalacji i metodę kompensacji. W trudnych warunkach zazwyczaj preferowane są wodoodporne lub uszczelnione czujniki ultradźwiękowe.
Czujniki ultradźwiękowe działają poprzez przesyłanie fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości i odbieranie odbitego echa. Odległość oblicza się na podstawie czasu echa i prędkości dźwięku, stosując zasadę czasu przelotu.
Ponieważ czujniki ultradźwiękowe są bezdotykowe, niewrażliwe na kolor i światło oraz nadają się do wykrywania wielu obiektów stałych i płynnych, są szeroko stosowane w pomiarach odległości, wykrywaniu obiektów, wykrywaniu poziomu cieczy, systemach motoryzacyjnych i automatyce przemysłowej.
Czujniki ultradźwiękowe mierzą odległość poprzez emisję impulsu dźwiękowego, odbieranie odbitego echa i obliczanie odległości na podstawie czasu echa. Podstawowy wzór to odległość = prędkość dźwięku × czas / 2.
Przetwornik ultradźwiękowy przekształca energię elektryczną w ultradźwiękowe fale dźwiękowe. Odbiornik ultradźwiękowy przetwarza odbite fale ultradźwiękowe na sygnały elektryczne. Niektóre przetworniki ultradźwiękowe mogą pełnić obie funkcje w jednym elemencie.
Czujniki ultradźwiękowe 40 kHz są powszechne, ponieważ zapewniają praktyczną równowagę między zasięgiem, czułością, rozmiarem elementu, zużyciem energii i kosztem. Są szeroko stosowane w modułach pomiaru odległości, wykrywaniu obiektów i systemach czujników parkowania.
Tak. Ponieważ czujniki ultradźwiękowe zamiast światła wykorzystują fale dźwiękowe, mogą wykryć wiele przezroczystych obiektów, które są trudne dla czujników optycznych. Rzeczywisty wynik zależy od kształtu obiektu, kąta, rozmiaru i odbicia akustycznego.
Na dokładność może mieć wpływ temperatura, wilgotność, wiatr, kąt celu, materiał celu, chropowatość powierzchni, ustawienie czujnika, kąt wiązki, hałas otoczenia i zakłócenia echa z pobliskich obiektów.
Na czujniki ultradźwiękowe na ogół nie wpływa światło widzialne ani kolor obiektu, ponieważ wykorzystują one fale dźwiękowe. Dzięki temu są przydatne w ciemnym otoczeniu, przezroczystych celach, błyszczących powierzchniach i zastosowaniach, w których czujniki optyczne mogą być zawodne.
Ultradźwiękowe czujniki odległości są stosowane w radarach cofania samochodów, omijaniu przeszkód przez roboty, pomiarze poziomu cieczy, automatyce przemysłowej, inteligentnych koszach na śmieci, automatycznych drzwiach, systemach parkingowych i bezdotykowym sprzęcie detekcyjnym.
