Vizualizări: 585 Autor: Editor site Ora publicării: 2020-05-21 Origine: Site
Senzorii cu ultrasunete sunt senzori fără contact care utilizează unde sonore de înaltă frecvență pentru a detecta obiecte, a măsura distanța, a monitoriza nivelul lichidului și a identifica poziția materialului. Sunt utilizate pe scară largă în producție, sisteme de alimentare, metalurgie, materiale de construcții, produse chimice, prelucrarea alimentelor, automobile, depozitare, nave, textile, transport, robotică, monitorizare a nivelului lichidului, detectarea fluxului de canal deschis și automatizarea industrială.
Principalele avantaje ale senzorilor cu ultrasunete sunt precizia mare de măsurare, funcționarea stabilă, detectarea fără contact, direcționalitatea puternică și capacitatea de a lucra cu multe materiale lichide și solide. Cu toate acestea, senzorii cu ultrasunete au, de asemenea, limitări, cum ar fi gama de frecvență fixă, tensiune de conducere relativ mare, zone oarbe, rază limitată și sensibilitate la temperatură, materiale moi, flux de aer și condiții de instalare.
Un senzor ultrasonic funcționează prin transmiterea undelor ultrasonice și primirea ecoului reflectat. Senzorul trimite un impuls sonor de înaltă frecvență către o țintă. Când unda sonoră ajunge la suprafața obiectului, o parte a undei este reflectată înapoi la receptor. Senzorul calculează apoi distanța sau poziția pe baza timpului dintre transmisie și recepție.
Sonda cu ultrasunete se bazează de obicei pe elemente ceramice piezoelectrice. Aceste elemente piezoelectrice pot converti energia electrică în vibrații mecanice pentru a transmite unde ultrasonice și, de asemenea, pot converti vibrațiile primite înapoi în semnale electrice.
Când semnalul de impuls aplicat se potrivește cu frecvența de rezonanță naturală a elementului piezoelectric, elementul vibrează puternic și generează unde ultrasonice. Când undele reflectate revin la sondă, elementul piezoelectric primește vibrația și o transformă într-un semnal electric pentru analiză.
| Avantaj | de ce contează |
|---|---|
| Măsurare fără contact | Senzorul poate detecta obiecte fără a le atinge, ceea ce este util pentru materiale fragile, în mișcare, fierbinți sau corozive. |
| Funcționează cu multe materiale | Senzorii cu ultrasunete pot măsura multe lichide și solide, inclusiv materiale opace care sunt dificile pentru senzorii optici. |
| Nu este afectat de culoare sau transparență | Deoarece detectarea se bazează pe reflexia sunetului, culoarea și transparența țintei au de obicei un efect redus asupra măsurării. |
| Direcționalitate bună | Undele cu ultrasunete au lungimi de undă scurte și direcționalitate puternică, ceea ce le face potrivite pentru măsurarea distanței și a nivelului. |
| Poate lucra în medii întunecate | Spre deosebire de senzorii optici, senzorii cu ultrasunete nu depind de lumina vizibilă. |
| Util în praf, fum sau ceață | Mulți senzori cu ultrasunete pot funcționa mai bine decât senzorii optici în medii cu praf, fum sau lumină scăzută. |
| dezavantajului | asupra aplicării |
|---|---|
| Gamă de frecvență fixă | Un senzor de 40 kHz funcționează de obicei numai în intervalul de frecvență proiectat, cum ar fi aproximativ 38-42 kHz. |
| Tensiune de conducere mai mare | Unele traductoare cu ultrasunete necesită o tensiune ridicată de la vârf la vârf, astfel încât circuitele de joasă tensiune pot avea nevoie de un circuit de amplificare sau un transformator. |
| Influența temperaturii | Viteza sunetului se modifică odată cu temperatura aerului, ceea ce poate afecta precizia măsurării distanței. |
| Materialele moi absorb sunetul | Spuma, materialul și alte suprafețe moi pot absorbi undele ultrasonice și pot reduce puterea ecoului. |
| Zona oarbă | Obiectele prea apropiate de senzor se pot afla în interiorul distanței minime de detectare și nu pot fi măsurate cu precizie. |
| Gamă limitată | Undele ultrasonice se atenuează odată cu distanța, astfel încât gama senzorului este limitată de frecvență, putere, suprafață țintă și mediu. |
Undele cu ultrasunete au frecvență înaltă, lungime de undă scurtă, difracție mică, direcționalitate puternică și penetrare bună în multe lichide și solide. Când undele ultrasonice întâlnesc o impuritate, o limită sau o interfață materială, ele produc ecouri reflectate care pot fi detectate și analizate.
Senzorii cu ultrasunete pot suporta, de asemenea, detectarea bazată pe Doppler pentru obiecte în mișcare. Acest lucru face ca tehnologia ultrasonică să fie utilă în măsurarea distanței, măsurarea nivelului de lichid, detectarea obiectelor, monitorizarea debitului, detectarea defectelor, robotică, asistență la parcare, automatizări industriale și echipamente medicale.
Sondele cu ultrasunete de putere redusă sunt adesea folosite pentru detectare și măsurare. În funcție de tipul și structura undei, sondele cu ultrasunete pot include sonde drepte pentru unde longitudinale, sonde oblice pentru unde transversale, sonde cu undă de suprafață, sonde cu undă Lamb și sonde duale în care un element transmite și altul primește.
Pentru aplicații industriale și de consum, produsele obișnuite includ senzori ultrasonici de tip deschis, senzori ultrasonici impermeabili, senzori ultrasonici de înaltă frecvență, senzori de parcare și senzori de nivel. Alegerea corectă depinde de gamă, frecvență, carcasă, rezistență la apă, materialul țintă și mediul de instalare.
Precizia unui senzor ultrasonic depinde de frecvență, sensibilitate, tensiune de conducere, suprafață țintă, temperatura aerului, umiditate, flux de aer, unghi de instalare și procesarea semnalului eco. Un senzor cu compensare de temperatură poate reduce erorile cauzate de modificările vitezei sunetului.
Sensibilitatea depinde în principal de elementul piezoelectric. Un coeficient de cuplare electromecanic mai mare înseamnă de obicei o sensibilitate mai mare. Sensibilitatea mai mare ajută senzorul să primească ecouri mai slabe, dar performanța finală depinde în continuare de proiectarea întregului circuit și de mediul de aplicare.
Senzorii cu ultrasunete sunt utilizați în măsurarea industrială, agricultură, industria ușoară, echipamente medicale, sisteme de parcare, robotică, sisteme de securitate, monitorizare a nivelului, detectarea obiectelor și testarea nedistructivă. Ele pot detecta sunete și ecouri pe care urechile umane nu le pot auzi, apoi pot transforma informațiile în date utile despre distanță, poziție sau materiale.
În aplicațiile practice, măsurarea cu ultrasunete poate fi utilizată pentru evitarea obstacolelor, măsurarea nivelului rezervorului, detectarea debitului canalului deschis, asistența la mersul înapoi a vehiculului, navigarea robotului, poziționarea materialului și detectarea defectelor în structuri metalice sau solide.
Atunci când alegeți un senzor ultrasonic, confirmați mai întâi distanța de detectare, zona oarbă, materialul țintă, precizia necesară, frecvența de funcționare, tensiunea de conducere, unghiul fasciculului, timpul de răspuns, cerințele de impermeabilitate și intervalul de temperatură de lucru.
Pentru mediile exterioare sau umede, este de obicei preferat un senzor cu ultrasunete rezistent la apă. Pentru o detecție precisă pe distanță scurtă, un senzor de frecvență mai mare poate oferi o rezoluție mai bună. Pentru detecția pe distanță lungă, frecvența mai mică și puterea de transmisie mai puternică pot fi mai potrivite.
Înainte de producția în masă, testați senzorul în poziția reală de instalare și în mediu. Unghiul de montare, deschiderea carcasei, forma țintei, obstacolele din apropiere, variația temperaturii și zgomotul electric pot afecta performanța reală.
Senzorii cu ultrasunete oferă măsurători precise, stabile și fără contact pentru multe materiale lichide și solide. Ele sunt utile în special atunci când detectarea optică este afectată de culoare, transparență, întuneric, praf, fum sau reflexie la suprafață.
În același timp, senzorii cu ultrasunete nu sunt potriviți pentru orice situație. Inginerii ar trebui să ia în considerare frecvența, tensiunea, sensibilitatea, compensarea temperaturii, zona oarbă, intervalul, materialul țintă și condițiile de instalare înainte de a alege un senzor.
Un senzor ultrasonic măsoară distanța trimițând un impuls sonor de înaltă frecvență și primind ecoul reflectat. Distanța este calculată din timpul necesar undei sonore pentru a călători la țintă și a reveni.
Senzorii cu ultrasunete pot fi foarte precisi în condiții adecvate, în special pentru măsurarea distanței și a nivelului fără contact. Precizia depinde de temperatură, umiditate, suprafața țintă, frecvența senzorului, unghiul de instalare și procesarea semnalului.
Temperatura modifică viteza sunetului în aer. Când temperatura se schimbă, distanța măsurată se poate schimba, cu excepția cazului în care senzorul utilizează compensarea temperaturii sau sistemul corectează citirea.
Alegeți un senzor ultrasonic de tip deschis pentru medii interioare curate și echipamente compacte. Alegeți un senzor cu ultrasunete rezistent la apă pentru medii exterioare, umede, prăfuite sau predispuse la stropire.
Utilizați frecvența corectă, mențineți senzorul aliniat cu ținta, evitați obstacolele din apropiere, asigurați o tensiune de conducere stabilă, utilizați compensarea temperaturii și testați senzorul în mediul final de instalare.
