Visualizações: 110 Autor: Grace Tempo de publicação: 25/06/2021 Origem: Site
Sensores ultrassônicos são dispositivos que usam ondas sonoras de alta frequência para detectar objetos, medir distâncias ou monitorar movimentos. Eles convertem sinais elétricos em ondas ultrassônicas e depois convertem os ecos refletidos de volta em sinais elétricos para medição e controle.
Uma onda ultrassônica é uma onda sonora mecânica com frequência superior a 20kHz. Como as ondas ultrassônicas têm comprimento de onda curto, boa direcionalidade e propagação relativamente estável no ar, elas são amplamente utilizadas em medição de distância, detecção de objetos, detecção de nível de líquido, sensores de estacionamento, robótica e automação industrial.
Um sensor de distância ultrassônico típico usa um transmissor para emitir ondas sonoras e um receptor para capturar a onda refletida. Ao medir o tempo entre a transmissão e a recepção do eco, o sensor pode calcular a distância do sensor ao objeto alvo.
Um sensor ultrassônico é um sensor sem contato que usa ultrassom para detectar a presença, distância, posição ou movimento de um objeto. Ele pode funcionar como sensor de distância ultrassônico, sensor de detecção de objetos, sensor de nível de líquido ou sensor de proximidade, dependendo do projeto e da aplicação do circuito.
Em muitos sensores ultrassônicos de 40kHz, um transdutor cerâmico é usado para gerar e receber ondas ultrassônicas. O transmissor envia um pulso ultrassônico e o receptor detecta o eco refletido pelo alvo. O circuito do sensor então processa o sinal de eco e gera dados de distância ou detecção.
Um par de sensores ultrassônicos pode ser composto por um transmissor e um receptor separados, ou ambas as funções podem ser incorporadas em uma única unidade transceptora. A imagem abaixo mostra os componentes do transmissor e receptor ultrassônico Manorshi 40kHz. Mais produtos de sensores ultrassônicos estão disponíveis em Sensor Ultrassônico Manorshi.
O princípio de funcionamento de um sensor ultrassônico é baseado na transmissão de ondas sonoras, reflexão e detecção de eco. O sensor emite um pulso ultrassônico em direção a um alvo. Quando a onda sonora atinge a superfície do objeto, parte da onda é refletida de volta para o receptor.
O sensor mede o tempo de viagem do eco, também chamado de tempo de voo. Como a velocidade do som no ar é conhecida, a distância pode ser calculada a partir do tempo de ida e volta da onda ultrassônica.
Distância = Velocidade do Som × Tempo de Eco / 2
O resultado é dividido por 2 porque a onda sonora viaja do sensor para o objeto e depois retorna do objeto para o sensor. O tempo de eco medido é um tempo de ida e volta, não de ida.
| Passo | O que acontece |
|---|---|
| 1. Entrada de sinal elétrico | O circuito aplica um sinal elétrico ao transmissor ultrassônico. |
| 2. Emissão de ondas ultrassônicas | O transdutor piezoelétrico vibra e emite ondas ultrassônicas. |
| 3. Reflexão de eco | A onda reflete quando encontra um objeto, superfície líquida ou interface. |
| 4. Recepção de eco | O receptor detecta a onda ultrassônica refletida. |
| 5. Cálculo do sinal | O circuito de controle calcula a distância a partir do tempo de voo. |
Um O transmissor ultrassônico geralmente usa um cristal cerâmico piezoelétrico conectado a uma placa vibratória de metal ou ressonador. Quando uma tensão elétrica alternada é aplicada ao elemento piezocerâmico, ele se expande e contrai rapidamente.
Esta vibração mecânica gera ondas ultrassônicas. O ressonador e a caixa ajudam a direcionar a energia acústica para frente, de modo que a onda sonora emitida viaje como um feixe direcional em vez de se espalhar igualmente em todas as direções.
Um receptor ultrassônico funciona de maneira oposta. Quando uma onda ultrassônica refletida atinge o receptor, a placa vibratória se move. Esta vibração é transferida para o disco cerâmico piezoelétrico.
Devido ao efeito piezoelétrico, o elemento cerâmico gera um sinal elétrico quando é tensionado mecanicamente. O circuito do sensor amplifica e processa esse sinal fraco para determinar se um eco retornou e quanto tempo levou para chegar.
Resumindo, os sensores ultrassônicos podem transmitir e receber ondas ultrassônicas. Ao transmitir, eles convertem energia elétrica em vibração ultrassônica. Ao receber ecos, eles convertem a vibração ultrassônica em sinais elétricos. É por isso que também são chamados de transdutores ultrassônicos.
Como o elemento piezoelétrico é geralmente circular, a onda ultrassônica emitida possui um padrão de feixe direcional. A seção transversal do feixe é frequentemente semelhante a uma elipse, portanto o alcance de detecção é limitado pelo ângulo, frequência, tamanho do transdutor, potência acústica e reflexão do alvo.
Para alguns projetos de sensores ultrassônicos, o ângulo de detecção horizontal pode ser maior que o ângulo de detecção vertical. Por exemplo, um sensor pode ter um ângulo de feixe horizontal de cerca de 120 graus e um ângulo de feixe vertical de cerca de 60 graus, dependendo da estrutura e da aplicação.
| do fator de desempenho no trabalho do sensor | Efeito |
|---|---|
| Freqüência | As frequências mais baixas viajam mais longe, enquanto as frequências mais altas podem fornecer melhor resolução em intervalos mais curtos. |
| Ângulo de feixe | Um feixe estreito melhora a detecção direcional; um feixe largo cobre mais área. |
| Superfície alvo | Superfícies planas e duras refletem melhor o ultrassom do que superfícies macias, angulares ou porosas. |
| Temperatura | A temperatura altera a velocidade do som e pode afetar a precisão da distância. |
| Ambiente | Poeira, umidade, vento, espuma, vibração e outras fontes ultrassônicas podem afetar a qualidade do sinal. |
Estrutura simples e fabricação conveniente.
Medição de distância sem contato sem tocar no objeto alvo.
Menos afetado pela cor do alvo, transparência ou luz ambiente do que os sensores ópticos.
Adequado para detectar objetos transparentes, superfícies brilhantes, níveis de líquidos e muitos materiais sólidos.
Não é facilmente interferido por campos eletromagnéticos ambientais comuns.
Pode ser projetado como tipo aberto, tipo à prova d'água, tipo de alta frequência, transmissor, receptor ou transceptor integrado.
| Tipo | Descrição | Uso típico |
|---|---|---|
| Transmissor ultrassônico | Converte sinais elétricos em ondas ultrassônicas. | Módulos de distância, dispositivos repelentes, sistemas de detecção. |
| Receptor ultrassônico | Converte ecos ultrassônicos em sinais elétricos. | Circuitos de detecção de eco e recepção de sinais. |
| Transceptor ultrassônico | Combina funções de transmissão e recepção em uma unidade. | Sensores de distância compactos e módulos de detecção de objetos. |
| Sensor ultrassônico à prova d'água | Usa caixa selada para ambientes úmidos, externos ou com líquidos. | Sensores de estacionamento, alcance externo, detecção de nível de tanque. |
| Sensor ultrassônico de alta frequência | Usa frequência mais alta para melhor resolução em intervalos mais curtos. | Detecção de precisão, inspeção médica e industrial. |
Sensores ultrassônicos são usados sempre que a medição sem contato é necessária. Eles são especialmente úteis quando os sensores ópticos podem ser afetados por cor, luz, transparência, poeira ou brilho.
Sensores de estacionamento e radar de ré.
Evitação e navegação de obstáculos do robô.
Medição de nível de líquidos em tanques e recipientes.
Automação industrial e detecção de objetos.
Lixeiras inteligentes, portas automáticas e detecção de presença.
Medição de vazão, detecção de vazamentos e testes não destrutivos em sistemas especializados.
Embora os sensores ultrassônicos sejam confiáveis em muitas aplicações, eles não são adequados para todos os alvos ou ambientes. Objetos macios, porosos, angulados, muito pequenos ou que absorvem som podem retornar ecos fracos. Espuma, turbulência, forte movimento de ar e mudanças de temperatura também podem afetar a precisão da medição.
Para uma medição precisa da distância ultrassônica, os engenheiros devem escolher a frequência correta, o ângulo do feixe, o tipo de sensor, a posição de instalação e o método de compensação. Em ambientes agressivos, sensores ultrassônicos à prova d'água ou selados são geralmente preferidos.
Os sensores ultrassônicos funcionam transmitindo ondas sonoras de alta frequência e recebendo os ecos refletidos. A distância é calculada a partir do tempo de eco e da velocidade do som usando o princípio do tempo de voo.
Como os sensores ultrassônicos não têm contato, são insensíveis à cor e à luz e são adequados para muitos alvos sólidos e líquidos, eles são amplamente utilizados em medição de distância, detecção de objetos, detecção de nível de líquido, sistemas automotivos e automação industrial.
Os sensores ultrassônicos medem a distância emitindo um pulso sonoro, recebendo o eco refletido e calculando a distância a partir do tempo do eco. A fórmula básica é distância = velocidade do som × tempo / 2.
Um transmissor ultrassônico converte energia elétrica em ondas sonoras ultrassônicas. Um receptor ultrassônico converte ondas ultrassônicas refletidas em sinais elétricos. Alguns transdutores ultrassônicos podem executar ambas as funções em um componente.
Sensores ultrassônicos de 40kHz são comuns porque oferecem um equilíbrio prático entre alcance, sensibilidade, tamanho do componente, consumo de energia e custo. Eles são amplamente utilizados em módulos de alcance, detecção de objetos e sistemas de sensores de estacionamento.
Sim. Como os sensores ultrassônicos usam ondas sonoras em vez de luz, eles podem detectar muitos objetos transparentes que são difíceis para sensores ópticos. O resultado real depende da forma, ângulo, tamanho e reflexão acústica do objeto.
A precisão pode ser afetada pela temperatura, umidade, vento, ângulo do alvo, material do alvo, rugosidade da superfície, alinhamento do sensor, ângulo do feixe, ruído ambiental e interferência de eco de objetos próximos.
Os sensores ultrassônicos geralmente não são afetados pela luz visível ou pela cor do objeto porque usam ondas sonoras. Isso os torna úteis para ambientes escuros, alvos transparentes, superfícies brilhantes e aplicações onde os sensores ópticos podem não ser confiáveis.
Sensores de distância ultrassônicos são usados em radares de reversão de carros, prevenção de obstáculos por robôs, medição de nível de líquido, automação industrial, lixeiras inteligentes, portas automáticas, sistemas de estacionamento e equipamentos de detecção sem contato.
