Просмотры: 352 Автор: Редактор сайта Время публикации: 22 мая 2020 г. Происхождение: Сайт
В повседневном производстве и жизни Ультразвуковые датчики дальности широко используются для радаров заднего хода автомобилей, предотвращения препятствий роботами, измерения строительных конструкций, определения уровня жидкости, измерения глубины скважин, измерения длины трубопровода и других приложений бесконтактного измерения расстояния.
Основным методом измерения дальности с помощью ультразвукового датчика является измерение времени пролета. Датчик излучает ультразвуковой импульс, принимает отраженное от цели эхо, измеряет время прохождения туда и обратно и рассчитывает расстояние на основе скорости звука.
Обычные системы ультразвуковой дальнометрии обычно основаны на однокристальном микрокомпьютере, встроенном контроллере или CPLD. Независимо от того, какая платформа управления используется, базовая конструкция должна сначала учитывать дальность ультразвукового эха, скорость звука, температурную компенсацию, слепую зону и условия отражения цели.
Ультразвуковой датчик преобразует электрические сигналы в ультразвуковые волны и преобразует полученные ультразвуковые эхо обратно в электрические сигналы. Ультразвуковые волны – это механические волны с частотой выше 20 кГц. Они обладают сильной направленностью, медленной потерей энергии и относительно большим расстоянием распространения в воздухе, жидкости или твердых средах.
Когда ультразвуковая волна достигает препятствия, границы раздела, поверхности жидкости или твердой цели, часть волны отражается обратно в виде эха. Приемный элемент обнаруживает это эхо, а схема управления рассчитывает расстояние на основе измеренного времени прохождения.
Поскольку ультразвуковое измерение расстояния является бесконтактным, недорогим и адаптируемым ко многим материалам, оно обеспечивает полезный баланс между откликом в реальном времени, точностью, надежностью и ценой.
Наиболее распространенным методом ультразвуковой дальнометрии является метод определения времени прохождения туда и обратно, также называемый измерением времени пролета или ToF. Датчик посылает ультразвуковой импульс в одном направлении и начинает отсчет времени. Когда эхо возвращается, система останавливает отсчет времени и рассчитывает расстояние в одну сторону.
Если s — расстояние между датчиком и измеряемой целью, t — измеренное время прохождения туда и обратно, а v — скорость распространения звука, формула расстояния будет следующей:
с = v × т/2
Деление на 2 необходимо, поскольку ультразвуковой импульс проходит от датчика к цели, а затем возвращается от цели к датчику. Измеренное время представляет собой общее время в пути туда и обратно, а не время в пути в одну сторону.
Для высокоточного ультразвукового измерения расстояния температурная компенсация важна, поскольку скорость звука в воздухе изменяется в зависимости от температуры. Теплый воздух увеличивает скорость звука, а холодный воздух ее уменьшает.
Обычно используемая формула температурной компенсации:
v = 331,4 + 0,607Т
В этой формуле T — температура окружающей среды в °C, а v — скорость звука в м/с. Добавление температурной компенсации может уменьшить погрешность измерения, особенно в наружных, промышленных условиях или в условиях переменной температуры.
| методы | Как работает и | лучше всего использовать |
|---|---|---|
| Времяпролетный метод | Измеряет время между передачей ультразвука и приемом эха. | Измерение расстояния, обнаружение препятствий, измерение уровня жидкости. |
| Метод обнаружения фазы | Рассчитывает расстояние на основе разности фаз излучаемых и принимаемых волн. | Системы измерения ближнего действия и высокого разрешения. |
| Амплитудный метод эхо | Анализирует силу отраженного ультразвукового сигнала. | Обнаружение цели, анализ отражения материала, оценка качества сигнала. |
| фактора точности на | Влияние | оптимизацию измерений. Совет |
|---|---|---|
| Температура | Изменяет скорость звука и вызывает ошибку расстояния. | Используйте температурную компенсацию в алгоритме управления. |
| Слепая зона | Очень близкие цели могут быть обнаружены неправильно из-за звона датчика. | Выберите небольшой ультразвуковой датчик для слепой зоны для измерения на близком расстоянии. |
| Целевой угол | Наклонные поверхности могут отражать эхо в сторону от приемника. | Держите датчик как можно перпендикулярнее целевой поверхности. |
| Целевой материал | Мягкие, пористые или звукопоглощающие материалы уменьшают силу эха. | Проверьте фактический целевой материал во время проверки продукта. |
| Экологический шум | Другие источники ультразвука или вибрация могут привести к ложным показаниям. | Используйте фильтрацию, экранирование и подходящую логику выборки. |
| Вода, пыль и коррозия | Суровые условия могут сократить срок службы датчика и качество сигнала. | При необходимости используйте водонепроницаемые и устойчивые к коррозии ультразвуковые датчики. |
В обычной конструкции ультразвуковой дальнометрии используется одна передающая головка и одна приемная головка. Передатчик излучает ультразвуковые волны, а приемник обнаруживает отраженное эхо. Эта структура проста и подходит для многих общих задач измерения расстояний.
В некоторых системах используются несколько передающих головок и одна приемная головка или несколько сенсорных модулей, расположенных в массиве. Такая конструкция может улучшить зону обнаружения, уменьшить слепые зоны и поддержать более сложные сценарии измерения, такие как навигация робота или многоточечное определение уровня жидкости.
Радар заднего хода и системы помощи при парковке.
Обход препятствий роботом и автоматическая навигация.
Измерение уровня жидкости в резервуарах, контейнерах и промышленном оборудовании.
Глубина скважины, длина трубопровода и измерение строительной площадки.
Обнаружение объектов в средствах автоматизации и производственных линиях.
Водонепроницаемый датчик расстояния на открытом воздухе или во влажной среде.
Ультразвуковые датчики дальности популярны, поскольку они поддерживают бесконтактные измерения, имеют простой принцип работы и могут обнаруживать множество твердых и жидких целей независимо от цвета и прозрачности. Они также экономически эффективны по сравнению с некоторыми решениями для оптических или лазерных измерений.
Благодаря ультразвуковому датчику с малым углом и малой слепой зоной система может обеспечить более точные измерения в компактных пространствах. Водонепроницаемая и устойчивая к коррозии конструкция также делает ультразвуковые датчики полезными для измерения уровня жидкости, наружного и промышленного применения.
Принцип ультразвукового измерения расстояния заключается в отправке ультразвуковых волн к цели, приеме отраженного эха, измерении времени прохождения туда и обратно и расчете расстояния с использованием скорости звука. Основная формула: s = v × t/2.
Для более точной ультразвуковой локации проектировщикам следует учитывать температурную компенсацию, слепую зону, угол цели, отражение материала, шум окружающей среды и установку датчика. Правильный выбор датчика и обработка сигнала могут улучшить стабильность измерений в реальных приложениях.
Метод измерения дальности с помощью ультразвукового датчика измеряет расстояние путем отправки ультразвукового импульса, приема отраженного эха и расчета расстояния на основе времени распространения звука. Это также называется ультразвуковой времяпролетной дальностью или эхо-локацией.
Основная формула ультразвукового расстояния: s = v × t/2 . В этой формуле s — расстояние, v — скорость звука, а t — измеренное время прохождения ультразвукового импульса туда и обратно.
Датчик измеряет общее время, в течение которого ультразвуковая волна достигает объекта и возвращается обратно. Поскольку это обход туда и обратно, результат необходимо разделить на 2, чтобы получить расстояние в одну сторону между датчиком и целью.
Температура меняет скорость звука в воздухе. Если температура изменится, но система по-прежнему использует фиксированную скорость звука, вычисленное расстояние будет иметь ошибку. Температурная компенсация помогает повысить точность ультразвукового измерения дальности.
Слепая зона — это минимальное расстояние, на котором датчик не может надежно измерить. Обычно это вызвано звоном датчика после передачи. Для обнаружения на близком расстоянии выберите ультразвуковой датчик с небольшой слепой зоной.
Мягкие, пористые, звукопоглощающие, очень тонкие или остроугольные поверхности могут снизить силу эха. Пенопласт, ткань и расположенные под углом предметы могут стать причиной слабых или нестабильных показаний ультразвукового расстояния.
Ультразвуковые датчики дальности обычно используются в датчиках парковки, роботах для предотвращения препятствий, измерении уровня жидкости, промышленной автоматизации, строительных измерениях, обнаружении трубопроводов и системах бесконтактного измерения расстояний.
