Vizualizări: 110 Autor: Grace Data publicării: 2021-06-25 Origine: Site
Senzorii cu ultrasunete sunt dispozitive care folosesc unde sonore de înaltă frecvență pentru a detecta obiecte, pentru a măsura distanța sau pentru a monitoriza mișcarea. Ele convertesc semnalele electrice în unde ultrasonice și apoi convertesc ecourile reflectate înapoi în semnale electrice pentru măsurare și control.
O undă ultrasonică este o undă sonoră mecanică cu o frecvență mai mare de 20 kHz. Deoarece undele ultrasonice au lungime de undă scurtă, direcționalitate bună și propagare relativ stabilă în aer, acestea sunt utilizate pe scară largă în măsurarea distanței, detectarea obiectelor, detectarea nivelului lichidului, senzori de parcare, robotică și automatizare industrială.
Un senzor de distanță cu ultrasunete tipic folosește un transmițător pentru a emite unde sonore și un receptor pentru a capta unda reflectată. Măsurând timpul dintre transmisie și recepția ecoului, senzorul poate calcula distanța de la senzor la obiectul țintă.
Un senzor ultrasonic este un senzor fără contact care utilizează ultrasunetele pentru a detecta prezența, distanța, poziția sau mișcarea unui obiect. Poate funcționa ca senzor de distanță cu ultrasunete, senzor de detectare a obiectelor, senzor de nivel al lichidului sau senzor de proximitate, în funcție de designul și aplicația circuitului.
În mulți senzori ultrasonici de 40 kHz, un traductor ceramic este utilizat pentru a genera și recepționa unde ultrasonice. Emițătorul trimite un impuls ultrasonic, iar receptorul detectează ecoul reflectat de țintă. Circuitul senzorului procesează apoi semnalul de eco și emite date de distanță sau de detectare.
O pereche de senzori ultrasonici poate fi formată dintr-un transmițător și un receptor separat sau ambele funcții pot fi încorporate într-o singură unitate transceiver. Imaginea de mai jos arată componentele emițătorului și receptorului cu ultrasunete Manorshi 40kHz. Mai multe produse cu senzori ultrasonici sunt disponibile la Senzor cu ultrasunete Manorshi.
Principiul de funcționare al unui senzor cu ultrasunete se bazează pe transmisia undelor sonore, reflectarea și detectarea ecoului. Senzorul emite un impuls ultrasonic către o țintă. Când unda sonoră ajunge la suprafața obiectului, o parte din undă se reflectă înapoi la receptor.
Senzorul măsoară timpul de călătorie cu eco, numit și timp de zbor. Deoarece viteza sunetului în aer este cunoscută, distanța poate fi calculată din timpul de călătorie dus-întors al undei ultrasonice.
Distanță = Viteza sunetului × Timp ecou / 2
Rezultatul este împărțit la 2 deoarece unda sonoră se deplasează de la senzor la obiect și apoi se întoarce de la obiect la senzor. Timpul de eco măsurat este un timp dus-întors, nu un timp unic.
| Pasul | Ce se întâmplă |
|---|---|
| 1. Intrare semnal electric | Circuitul aplică un semnal electric transmițătorului cu ultrasunete. |
| 2. Emisia undelor ultrasonice | Traductorul piezoelectric vibrează și emite unde ultrasonice. |
| 3. Reflexia ecoului | Unda se reflectă atunci când întâlnește un obiect, o suprafață lichidă sau o interfață. |
| 4. Recepție eco | Receptorul detectează unda ultrasonică reflectată. |
| 5. Calculul semnalului | Circuitul de control calculează distanța față de timpul de zbor. |
Un Transmițătorul cu ultrasunete folosește de obicei un cristal ceramic piezoelectric atașat la o placă de vibrație metalică sau un rezonator. Când se aplică o tensiune electrică alternativă elementului piezoceramic, acesta se extinde și se contractă rapid.
Această vibrație mecanică generează unde ultrasonice. Rezonatorul și carcasa ajută la direcționarea energiei acustice înainte, astfel încât unda sonoră emisă se deplasează ca un fascicul direcțional, mai degrabă decât să se răspândească în mod egal în toate direcțiile.
Un receptor cu ultrasunete funcționează în sens invers. Când o undă ultrasonică reflectată ajunge la receptor, placa de vibrație se mișcă. Această vibrație este transferată pe discul ceramic piezoelectric.
Datorită efectului piezoelectric, elementul ceramic generează un semnal electric atunci când este solicitat mecanic. Circuitul senzorului amplifică și procesează acest semnal slab pentru a determina dacă un eco a revenit și cât timp a durat ecoul să sosească.
Pe scurt, senzorii ultrasonici pot transmite și recepționa unde ultrasonice. Când transmit, ele transformă energia electrică în vibrații ultrasonice. Când primesc ecouri, acestea convertesc vibrațiile ultrasonice în semnale electrice. Acesta este motivul pentru care sunt numite și traductoare cu ultrasunete.
Deoarece elementul piezoelectric este de obicei circular, unda ultrasonică emisă are un model de fascicul direcțional. Secțiunea transversală a fasciculului este adesea similară cu o elipsă, astfel încât domeniul de detectare este limitat de unghi, frecvență, dimensiunea traductorului, puterea acustică și reflexia țintei.
Pentru unele modele de senzori ultrasonici, unghiul de detectare orizontal poate fi mai larg decât unghiul de detectare vertical. De exemplu, un senzor poate avea un unghi de fascicul orizontal de aproximativ 120 de grade și un unghi de fascicul vertical de aproximativ 60 de grade, în funcție de structură și aplicație. Efectul
| factorului de performanță | asupra lucrului senzorului |
|---|---|
| Frecvenţă | Frecvențele inferioare călătoresc mai departe, în timp ce frecvențele mai mari pot oferi o rezoluție mai bună la distanțe mai scurte. |
| Unghiul fasciculului | Un fascicul îngust îmbunătățește detectarea direcțională; un fascicul larg acoperă mai multă zonă. |
| Suprafața țintă | Suprafețele plate și dure reflectă ultrasunetele mai bine decât suprafețele moi, înclinate sau poroase. |
| Temperatură | Temperatura modifică viteza sunetului și poate afecta precizia distanței. |
| Mediu | Praful, umiditatea, vântul, spuma, vibrațiile și alte surse de ultrasunete pot afecta calitatea semnalului. |
Structură simplă și fabricație convenabilă.
Măsurarea distanței fără contact fără a atinge obiectul țintă.
Mai puțin afectat de culoarea țintă, transparență sau lumina ambientală decât senzorii optici.
Potrivit pentru detectarea obiectelor transparente, suprafețe lucioase, niveluri de lichid și multe materiale solide.
Nu este ușor de interferat cu câmpurile electromagnetice obișnuite din mediu.
Poate fi proiectat ca tip deschis, tip impermeabil, tip de înaltă frecvență, transmițător, receptor sau transceiver integrat.
| Tip | Descriere | Utilizare tipică |
|---|---|---|
| Transmițător cu ultrasunete | Transformă semnalele electrice în unde ultrasonice. | Module de distanță, dispozitive de respingere, sisteme de detectare. |
| Receptor cu ultrasunete | Transformă ecourile ultrasonice în semnale electrice. | Circuite de detectare a ecoului și de recepție a semnalului. |
| Transceiver cu ultrasunete | Combină funcțiile de transmisie și recepție într-o singură unitate. | Senzori de distanță compacti și module de detectare a obiectelor. |
| Senzor ultrasonic rezistent la apa | Utilizează carcasă etanșă pentru medii umede, exterioare sau legate de lichide. | Senzori de parcare, rază în aer liber, detecție nivel rezervor. |
| Senzor ultrasonic de înaltă frecvență | Folosește o frecvență mai mare pentru o rezoluție mai bună la distanțe mai scurte. | Detectie de precizie, inspectie medicala, industriala. |
Senzorii cu ultrasunete sunt utilizați oriunde este necesară măsurarea fără contact. Sunt utile în special atunci când senzorii optici pot fi afectați de culoare, lumină, transparență, praf sau strălucire.
Senzori de parcare si radar marsarier.
Robot de evitare a obstacolelor și navigare.
Măsurarea nivelului de lichid în rezervoare și containere.
Automatizare industrială și detectarea obiectelor.
Coșuri de gunoi inteligente, uși automate și detectare a prezenței.
Măsurarea debitului, detectarea scurgerilor și testarea nedistructivă în sisteme specializate.
Deși senzorii cu ultrasunete sunt fiabili în multe aplicații, ei nu sunt potriviți pentru fiecare țintă sau mediu. Obiectele moi, poroase, înclinate, foarte mici sau care absorb sunetul pot returna ecouri slabe. Spuma, turbulențele, mișcarea puternică a aerului și schimbările de temperatură pot afecta, de asemenea, precizia măsurării.
Pentru măsurarea precisă a distanței cu ultrasunete, inginerii ar trebui să aleagă frecvența corectă, unghiul fasciculului, tipul senzorului, poziția de instalare și metoda de compensare. În mediile dure, sunt de obicei preferați senzorii cu ultrasunete impermeabili sau etanși.
Senzorii cu ultrasunete funcționează prin transmiterea undelor sonore de înaltă frecvență și primirea ecourilor reflectate. Distanța este calculată din timpul ecoului și viteza sunetului folosind principiul timpului de zbor.
Deoarece senzorii cu ultrasunete sunt fără contact, insensibili la culoare și lumină și potriviți pentru multe ținte solide și lichide, aceștia sunt utilizați pe scară largă în măsurarea distanței, detectarea obiectelor, detectarea nivelului lichidului, sistemele auto și automatizarea industrială.
Senzorii cu ultrasunete măsoară distanța emitând un impuls sonor, primind ecoul reflectat și calculând distanța de la timpul ecoului. Formula de bază este distanța = viteza sunetului × timp / 2.
Un transmițător cu ultrasunete transformă energia electrică în unde sonore ultrasonice. Un receptor ultrasonic convertește undele ultrasonice reflectate în semnale electrice. Unii traductoare cu ultrasunete pot îndeplini ambele funcții într-o singură componentă.
Senzorii cu ultrasunete de 40 kHz sunt obișnuiți deoarece oferă un echilibru practic între gamă, sensibilitate, dimensiunea componentelor, consumul de energie și cost. Ele sunt utilizate pe scară largă în modulele de măsurare, detectarea obiectelor și sistemele de senzori de parcare.
Da. Deoarece senzorii cu ultrasunete folosesc unde sonore în loc de lumină, ei pot detecta multe obiecte transparente care sunt dificile pentru senzorii optici. Rezultatul real depinde de forma obiectului, unghiul, dimensiunea și reflexia acustică.
Precizia poate fi afectată de temperatură, umiditate, vânt, unghiul țintă, materialul țintă, rugozitatea suprafeței, alinierea senzorului, unghiul fasciculului, zgomotul ambiental și interferența ecouului de la obiectele din apropiere.
Senzorii cu ultrasunete nu sunt, în general, afectați de lumina vizibilă sau de culoarea obiectului, deoarece folosesc unde sonore. Acest lucru le face utile pentru medii întunecate, ținte transparente, suprafețe strălucitoare și aplicații în care senzorii optici pot fi nesiguri.
Senzorii de distanță cu ultrasunete sunt utilizați în radarul de marșarier al mașinii, evitarea obstacolelor robotizate, măsurarea nivelului lichidului, automatizarea industrială, coșurile de gunoi inteligente, ușile automate, sistemele de parcare și echipamentele de detectare fără contact.
