Просмотры: 585 Автор: Редактор сайта Время публикации: 21 мая 2020 г. Происхождение: Сайт
Ультразвуковые датчики — это бесконтактные датчики, которые используют высокочастотные звуковые волны для обнаружения объектов, измерения расстояния, контроля уровня жидкости и определения положения материала. Они широко используются в производстве, энергетических системах, металлургии, строительных материалах, химической, пищевой промышленности, автомобилях, складировании, судах, текстиле, транспорте, робототехнике, мониторинге уровня жидкости, обнаружении потока в открытых каналах и промышленной автоматизации.
Основными преимуществами ультразвуковых датчиков являются высокая точность измерений, стабильная работа, бесконтактное обнаружение, сильная направленность и возможность работы со многими жидкими и твердыми материалами. Однако ультразвуковые датчики также имеют ограничения, такие как фиксированный диапазон частот, относительно высокое напряжение возбуждения, слепые зоны, ограниченный диапазон и чувствительность к температуре, мягким материалам, потоку воздуха и условиям установки.
Ультразвуковой датчик работает, передавая ультразвуковые волны и получая отраженное эхо. Датчик посылает высокочастотный звуковой импульс в сторону цели. Когда звуковая волна достигает поверхности объекта, часть волны отражается обратно к приемнику. Затем датчик вычисляет расстояние или положение на основе времени между передачей и приемом.
Ультразвуковой зонд обычно основан на пьезоэлектрических керамических элементах. Эти пьезоэлектрические элементы могут преобразовывать электрическую энергию в механическую вибрацию для передачи ультразвуковых волн, а также преобразовывать полученную вибрацию обратно в электрические сигналы.
Когда приложенный импульсный сигнал соответствует собственной резонансной частоте пьезоэлектрического элемента, элемент сильно вибрирует и генерирует ультразвуковые волны. Когда отраженные волны возвращаются к зонду, пьезоэлектрический элемент воспринимает вибрацию и преобразует ее в электрический сигнал для анализа.
| преимущества | Почему это важно? |
|---|---|
| Бесконтактное измерение | Датчик может обнаруживать объекты, не касаясь их, что полезно для хрупких, движущихся, горячих или коррозийных материалов. |
| Работает со многими материалами | Ультразвуковые датчики могут измерять многие жидкости и твердые вещества, в том числе непрозрачные материалы, трудные для оптических датчиков. |
| Не зависит от цвета и прозрачности | Поскольку обнаружение основано на отражении звука, цвет и прозрачность цели обычно мало влияют на измерение. |
| Хорошая направленность | Ультразвуковые волны имеют короткие длины волн и сильную направленность, что делает их пригодными для измерения расстояний и уровней. |
| Может работать в темноте | В отличие от оптических датчиков, ультразвуковые датчики не зависят от видимого света. |
| Полезно в пыли, дыме или тумане. | Многие ультразвуковые датчики могут работать лучше, чем оптические датчики, в пыльных, задымленных помещениях или в условиях низкой освещенности. |
| недостатков | на применение. |
|---|---|
| Фиксированный диапазон частот | Датчик 40 кГц обычно работает только в расчетном диапазоне частот, например, около 38–42 кГц. |
| Более высокое управляющее напряжение | Некоторым ультразвуковым преобразователям требуется высокое размах напряжения, поэтому для низковольтных цепей может потребоваться повышающая схема или трансформатор. |
| Влияние температуры | Скорость звука меняется в зависимости от температуры воздуха, что может повлиять на точность измерения расстояния. |
| Мягкие материалы поглощают звук. | Пенопласт, ткань и другие мягкие поверхности могут поглощать ультразвуковые волны и снижать силу эха. |
| Слепая зона | Объекты, расположенные слишком близко к датчику, могут находиться за пределами минимального расстояния обнаружения и не могут быть точно измерены. |
| Ограниченный диапазон | Ультразвуковые волны затухают с расстоянием, поэтому диапазон датчика ограничен частотой, мощностью, целевой поверхностью и окружающей средой. |
Ультразвуковые волны имеют высокую частоту, короткую длину волны, небольшую дифракцию, сильную направленность и хорошее проникновение во многие жидкости и твердые тела. Когда ультразвуковые волны встречаются с примесью, границей или границей раздела материала, они создают отраженное эхо, которое можно обнаружить и проанализировать.
Ультразвуковые датчики также могут поддерживать доплеровское обнаружение движущихся объектов. Это делает ультразвуковую технологию полезной для измерения расстояний, измерения уровня жидкости, обнаружения объектов, мониторинга потока, дефектоскопии, робототехники, помощи при парковке, промышленной автоматизации и медицинского оборудования.
Ультразвуковые датчики малой мощности часто используются для обнаружения и измерения. В зависимости от типа и структуры волны ультразвуковые датчики могут включать прямые датчики для продольных волн, наклонные датчики для поперечных волн, датчики поверхностных волн, датчики волн Лэмба и двойные датчики, в которых один элемент передает, а другой принимает.
Для промышленного и потребительского применения распространенные продукты включают ультразвуковые датчики открытого типа, водонепроницаемые ультразвуковые датчики, высокочастотные ультразвуковые датчики, датчики парковки и датчики уровня. Правильный выбор зависит от диапазона, частоты, корпуса, водонепроницаемости, материала объекта и условий установки.
Точность ультразвукового датчика зависит от частоты, чувствительности, напряжения возбуждения, целевой поверхности, температуры воздуха, влажности, воздушного потока, угла установки и обработки эхо-сигнала. Датчик с температурной компенсацией может уменьшить ошибку, вызванную изменениями скорости звука.
Чувствительность в основном зависит от пьезоэлектрического элемента. Больший коэффициент электромеханической связи обычно означает более высокую чувствительность. Более высокая чувствительность помогает датчику принимать более слабые эхо-сигналы, но окончательные характеристики по-прежнему зависят от конструкции всей схемы и среды применения.
Ультразвуковые датчики используются в промышленных измерениях, сельском хозяйстве, легкой промышленности, медицинском оборудовании, парковочных системах, робототехнике, системах безопасности, мониторинге уровня, обнаружении объектов и неразрушающем контроле. Они могут обнаруживать звуки и эхо, которые не слышат человеческие уши, а затем преобразовывать эту информацию в полезные данные о расстоянии, положении или материале.
В практических приложениях ультразвуковая дальнометрия может использоваться для обхода препятствий, измерения уровня в резервуарах, обнаружения потока в открытом канале, помощи при движении задним ходом, навигации робота, позиционирования материала и обнаружения дефектов в металлических или твердых конструкциях.
При выборе ультразвукового датчика сначала подтвердите расстояние обнаружения, слепую зону, целевой материал, требуемую точность, рабочую частоту, напряжение возбуждения, угол луча, время отклика, требования к водонепроницаемости и диапазон рабочих температур.
Для наружных или влажных сред обычно предпочтительнее использовать водонепроницаемый ультразвуковой датчик. Для точного обнаружения на близком расстоянии более высокочастотный датчик может обеспечить лучшее разрешение. Для обнаружения на больших расстояниях более подходящими могут быть более низкие частоты и более высокая мощность передачи.
Перед массовым производством протестируйте датчик в реальном положении установки и в окружающей среде. Угол установки, отверстие корпуса, форма объекта, близлежащие препятствия, колебания температуры и электрические помехи — все это может повлиять на фактическую производительность.
Ультразвуковые датчики обеспечивают точные, стабильные и бесконтактные измерения многих жидких и твердых материалов. Они особенно полезны, когда на оптическое обнаружение влияют цвет, прозрачность, темнота, пыль, дым или отражение от поверхности.
В то же время ультразвуковые датчики подходят не для каждой ситуации. Прежде чем выбирать датчик, инженеры должны учитывать частоту, напряжение, чувствительность, температурную компенсацию, слепую зону, диапазон, материал объекта и условия установки.
Ультразвуковой датчик измеряет расстояние, посылая высокочастотный звуковой импульс и получая отраженное эхо. Расстояние рассчитывается по времени, которое требуется звуковой волне, чтобы дойти до цели и вернуться обратно.
Ультразвуковые датчики могут быть очень точными в подходящих условиях, особенно при бесконтактном измерении расстояния и уровня. Точность зависит от температуры, влажности, целевой поверхности, частоты датчика, угла установки и обработки сигнала.
Температура меняет скорость звука в воздухе. При изменении температуры измеренное расстояние может сместиться, если датчик не использует температурную компенсацию или система не корректирует показания.
Выбирайте ультразвуковой датчик открытого типа для чистых помещений и компактного оборудования. Выбирайте водонепроницаемый ультразвуковой датчик для наружных, влажных, пыльных или подверженных брызгам сред.
Используйте правильную частоту, держите датчик на одной линии с целью, избегайте близлежащих препятствий, обеспечивайте стабильное напряжение возбуждения, используйте температурную компенсацию и проверяйте датчик в условиях окончательной установки.
