Vizualizări: 352 Autor: Editor site Ora publicării: 2020-05-22 Origine: Site
În producția și viața de zi cu zi, Senzorii cu ultrasunete sunt utilizați pe scară largă pentru radarul de marșarier al mașinii, evitarea obstacolelor robotizate, măsurarea construcției, detectarea nivelului de lichid, măsurarea adâncimii puțului, măsurarea lungimii conductei și alte aplicații de măsurare a distanței fără contact.
Metoda de bază a senzorului ultrasonic este măsurarea timpului de zbor. Senzorul emite un impuls ultrasonic, primește ecoul reflectat de la o țintă, măsoară timpul dus-întors și calculează distanța față de viteza sunetului.
Sistemele obișnuite de măsurare cu ultrasunete se bazează de obicei pe un microcomputer cu un singur cip, controler încorporat sau CPLD. Indiferent de platforma de control utilizată, designul de bază trebuie să înțeleagă mai întâi intervalul ecoului ultrasonic, viteza sunetului, compensarea temperaturii, zona oarbă și condițiile de reflexie țintă.
Un senzor ultrasonic convertește semnalele electrice în unde ultrasonice și transformă ecourile ultrasonice recepționate înapoi în semnale electrice. Undele ultrasonice sunt unde mecanice cu frecvențe de peste 20 kHz. Au direcționalitate puternică, pierderi lente de energie și distanță relativ mare de propagare în aer, mediu lichid sau solid.
Când o undă ultrasonică atinge un obstacol, o interfață, o suprafață lichidă sau o țintă solidă, o parte a undei este reflectată înapoi ca un ecou. Elementul de recepție detectează acest ecou, iar circuitul de control calculează distanța de la timpul de călătorie măsurat.
Deoarece măsurarea distanței cu ultrasunete este fără contact, cu costuri reduse și adaptabilă la multe materiale, oferă un echilibru util între răspunsul în timp real, precizie, fiabilitate și preț.
Cea mai comună metodă de măsurare cu ultrasunete este metoda de detectare a timpului dus-întors, numită și măsurarea timpului de zbor sau ToF. Senzorul trimite un impuls ultrasonic într-o direcție și începe cronometrarea. Când ecoul revine, sistemul oprește cronometrarea și calculează distanța într-un singur sens.
Dacă s este distanța dintre senzor și ținta măsurată, t este timpul măsurat dus-întors și v este viteza de propagare a sunetului, formula distanței este:
s = v × t / 2
Împărțirea cu 2 este necesară deoarece pulsul ultrasonic se deplasează de la senzor la țintă și apoi se întoarce de la țintă la senzor. Timpul măsurat este timpul total de călătorie dus-întors, nu timpul de călătorie într-un singur sens.
Pentru măsurarea cu ultrasunete de mare precizie a distanței, compensarea temperaturii este importantă deoarece viteza sunetului în aer se modifică odată cu temperatura. Aerul cald crește viteza sunetului, în timp ce aerul rece o scade.
O formulă de compensare a temperaturii utilizată în mod obișnuit este:
v = 331,4 + 0,607T
În această formulă, T este temperatura ambiantă în °C și v este viteza sunetului în m/s. Adăugarea compensării temperaturii poate reduce eroarea de măsurare, în special în medii exterioare, industriale sau cu temperatură variabilă.
| Metoda | Cum funcționează | Cel mai bine |
|---|---|---|
| Metoda timpului de zbor | Măsoară timpul dintre transmisia ultrasonică și recepția ecoului. | Măsurarea distanței, detectarea obstacolelor, măsurarea nivelului lichidului. |
| Metoda de detectare a fazelor | Calculează distanța de la diferența de fază dintre undele emise și recepțiate. | Sisteme de măsurare cu rază scurtă și cu rezoluție mai mare. |
| Metoda amplitudinii ecoului | Analizează puterea semnalului ultrasonic reflectat. | Detectarea țintei, analiza reflexiei materialelor, evaluarea calității semnalului. |
| factorul de acuratețe al senzorului cu ultrasunete | Efectul asupra optimizării măsurătorilor | Sfat |
|---|---|---|
| Temperatură | Modifică viteza sunetului și provoacă o eroare de distanță. | Utilizați compensarea temperaturii în algoritmul de control. |
| Zona oarbă | Este posibil ca țintele foarte apropiate să nu fie detectate corect din cauza sunetului traductorului. | Alegeți un senzor ultrasonic cu zonă oarbă mică pentru măsurarea la distanță scurtă. |
| Unghiul țintă | Suprafețele înclinate pot reflecta ecoul departe de receptor. | Păstrați senzorul cât mai perpendicular pe suprafața țintă posibil. |
| Materialul țintă | Materialele moi, poroase sau fonoabsorbante reduc puterea ecoului. | Testați materialul țintă real în timpul validării produsului. |
| Zgomot de mediu | Alte surse de ultrasunete sau vibrații pot cauza citiri false. | Utilizați filtrarea, ecranarea și o logică de eșantionare adecvată. |
| Apă, praf și coroziune | Mediile dure pot reduce durata de viață a senzorului și calitatea semnalului. | Utilizați senzori cu ultrasunete impermeabili și rezistenți la coroziune atunci când este necesar. |
O structură comună cu ultrasunete folosește un cap de transmisie și un cap de recepție. Emițătorul emite unde ultrasonice, iar receptorul detectează ecoul reflectat. Această structură este simplă și potrivită pentru multe aplicații generale de măsurare a distanței.
Unele sisteme folosesc mai multe capete de transmisie cu un singur cap de recepție sau mai multe module senzori aranjate într-o matrice. Acest design poate îmbunătăți acoperirea de detecție, poate reduce punctele moarte și poate suporta scenarii de măsurare mai complexe, cum ar fi navigarea robotului sau detectarea nivelului lichidului în mai multe puncte.
Radar pentru marșarier și sisteme de asistență la parcare.
Robot de evitare a obstacolelor și navigare automată.
Măsurarea nivelului de lichid în rezervoare, containere și echipamente industriale.
Adâncimea puțului, lungimea conductei și măsurarea șantierului.
Detectarea obiectelor în echipamente de automatizare și linii de producție.
Detectare distanță rezistentă la apă în medii exterioare sau umede.
Senzorii cu ultrasunete sunt populari deoarece acceptă măsurarea fără contact, au un principiu de lucru simplu și pot detecta multe ținte solide și lichide, indiferent de culoare sau transparență. Ele sunt, de asemenea, rentabile în comparație cu unele soluții de măsurare optică sau laser.
Cu un senzor ultrasonic cu unghi mic și cu zonă oarbă mică, sistemul poate realiza măsurători mai precise în spații compacte. Designurile impermeabile și rezistente la coroziune fac, de asemenea, senzorii cu ultrasunete utili în aplicații de nivel de lichid, în aer liber și industriale.
Principiul măsurării distanței ultrasonice este de a trimite unde ultrasonice către o țintă, de a primi ecoul reflectat, de a măsura timpul dus-întors și de a calcula distanța folosind viteza sunetului. Formula de bază este s = v × t / 2.
Pentru o măsurare cu ultrasunete mai precisă, designerii ar trebui să ia în considerare compensarea temperaturii, zona oarbă, unghiul țintă, reflexia materialului, zgomotul ambiental și instalarea senzorului. Selectarea corectă a senzorului și procesarea semnalului pot îmbunătăți stabilitatea măsurării în aplicații reale.
Metoda de măsurare a senzorului ultrasonic măsoară distanța prin trimiterea unui impuls ultrasonic, primirea ecoului reflectat și calculând distanța de la timpul de călătorie a sunetului. Acest lucru se mai numește și intervalul ultrasonic al timpului de zbor sau ecou.
Formula de bază a distanței ultrasonice este s = v × t / 2 . În această formulă, s este distanța, v este viteza sunetului și t este timpul măsurat dus-întors al impulsului ultrasonic.
Senzorul măsoară timpul total pentru unda ultrasonică pentru a călători la obiect și a reveni. Deoarece aceasta este o călătorie dus-întors, rezultatul trebuie împărțit la 2 pentru a obține distanța unidirecțională dintre senzor și țintă.
Temperatura modifică viteza sunetului în aer. Dacă temperatura se schimbă, dar sistemul folosește în continuare o viteză fixă a sunetului, distanța calculată va avea eroare. Compensarea temperaturii ajută la îmbunătățirea preciziei de măsurare a ultrasunetelor.
Zona oarbă este distanța minimă în care senzorul nu poate măsura în mod fiabil. Este de obicei cauzată de soneria traductorului după transmitere. Pentru detecția la distanță scurtă, alegeți un senzor ultrasonic cu o zonă oarbă mică.
Suprafețele moi, poroase, fonoabsorbante, foarte subțiri sau înclinate ascuțite pot reduce puterea ecoului. Spuma, țesătura și obiectele înclinate pot cauza citiri ale distanței cu ultrasunete slabe sau instabile.
Senzorii cu ultrasunete sunt utilizați în mod obișnuit în senzorii de parcare, evitarea obstacolelor robotizate, măsurarea nivelului lichidului, automatizarea industrială, măsurarea construcțiilor, detectarea conductelor și sistemele de măsurare a distanței fără contact.
