Zobrazenia: 585 Autor: Editor stránky Čas zverejnenia: 21.05.2020 Pôvod: stránky
Ultrazvukové senzory sú bezkontaktné senzory, ktoré využívajú vysokofrekvenčné zvukové vlny na detekciu objektov, meranie vzdialenosti, sledovanie hladiny kvapaliny a identifikáciu polohy materiálu. Sú široko používané vo výrobe, energetických systémoch, metalurgii, stavebných materiáloch, chemikáliách, spracovaní potravín, automobiloch, skladoch, lodiach, textíliách, doprave, robotike, monitorovaní hladiny kvapalín, detekcii prietoku v otvorených kanáloch a priemyselnej automatizácii.
Hlavnými výhodami ultrazvukových snímačov sú vysoká presnosť merania, stabilná prevádzka, bezkontaktná detekcia, silná smerovosť a schopnosť pracovať s mnohými tekutými a pevnými materiálmi. Ultrazvukové snímače však majú aj obmedzenia, ako je pevný frekvenčný rozsah, relatívne vysoké budiace napätie, slepé zóny, obmedzený dosah a citlivosť na teplotu, mäkké materiály, prúdenie vzduchu a podmienky inštalácie.
Ultrazvukový senzor funguje tak, že vysiela ultrazvukové vlny a prijíma odrazenú ozvenu. Senzor vysiela vysokofrekvenčný zvukový impulz smerom k cieľu. Keď zvuková vlna dosiahne povrch objektu, časť vlny sa odrazí späť do prijímača. Senzor potom vypočíta vzdialenosť alebo polohu na základe času medzi vysielaním a príjmom.
Ultrazvuková sonda je zvyčajne založená na piezoelektrických keramických prvkoch. Tieto piezoelektrické prvky môžu premieňať elektrickú energiu na mechanické vibrácie na prenos ultrazvukových vĺn a môžu tiež premieňať prijaté vibrácie späť na elektrické signály.
Keď sa aplikovaný impulzný signál zhoduje s prirodzenou rezonančnou frekvenciou piezoelektrického prvku, prvok silne vibruje a generuje ultrazvukové vlny. Keď sa odrazené vlny vrátia do sondy, piezoelektrický prvok prijme vibrácie a prevedie ich na elektrický signál na analýzu.
| Výhoda | Prečo na tom záleží |
|---|---|
| Bezkontaktné meranie | Senzor dokáže detekovať objekty bez toho, aby sa ich dotkol, čo je užitočné pri krehkých, pohyblivých, horúcich alebo korozívnych materiáloch. |
| Pracuje s mnohými materiálmi | Ultrazvukové senzory dokážu merať veľa kvapalín a pevných látok, vrátane nepriehľadných materiálov, ktoré sú pre optické senzory náročné. |
| Nie je ovplyvnená farbou ani priehľadnosťou | Pretože detekcia je založená na odraze zvuku, cieľová farba a priehľadnosť majú zvyčajne malý vplyv na meranie. |
| Dobrá smerovosť | Ultrazvukové vlny majú krátke vlnové dĺžky a silnú smerovosť, vďaka čomu sú vhodné na meranie vzdialenosti a hladiny. |
| Môže pracovať v tmavom prostredí | Na rozdiel od optických senzorov, ultrazvukové senzory nezávisia od viditeľného svetla. |
| Užitočné v prachu, dyme alebo hmle | Mnohé ultrazvukové senzory môžu fungovať lepšie ako optické senzory v prašnom, zadymenom alebo slabom osvetlení. |
| Nevýhoda | Vplyv na aplikáciu |
|---|---|
| Pevný frekvenčný rozsah | Snímač 40 kHz zvyčajne funguje len v blízkosti svojho navrhnutého frekvenčného rozsahu, napríklad približne 38-42 kHz. |
| Vyššie jazdné napätie | Niektoré ultrazvukové prevodníky vyžadujú vysoké špičkové napätie, takže nízkonapäťové obvody môžu potrebovať zosilňovací obvod alebo transformátor. |
| Vplyv teploty | Rýchlosť zvuku sa mení s teplotou vzduchu, čo môže ovplyvniť presnosť merania vzdialenosti. |
| Mäkké materiály absorbujú zvuk | Pena, tkanina a iné mäkké povrchy môžu absorbovať ultrazvukové vlny a znížiť silu ozveny. |
| Slepá zóna | Objekty príliš blízko snímača sa môžu nachádzať v rámci minimálnej detekčnej vzdialenosti a nie je možné ich presne zmerať. |
| Obmedzený rozsah | Ultrazvukové vlny sa tlmia so vzdialenosťou, takže dosah snímača je obmedzený frekvenciou, výkonom, cieľovým povrchom a prostredím. |
Ultrazvukové vlny majú vysokú frekvenciu, krátku vlnovú dĺžku, malú difrakciu, silnú smerovosť a dobrú penetráciu do mnohých kvapalín a pevných látok. Keď sa ultrazvukové vlny stretnú s nečistotou, hranicou alebo materiálovým rozhraním, vytvárajú odrazené ozveny, ktoré možno detekovať a analyzovať.
Ultrazvukové senzory môžu tiež podporovať detekciu pohybujúcich sa objektov na báze Dopplera. Vďaka tomu je ultrazvuková technológia užitočná pri meraní vzdialenosti, meraní hladiny kvapalín, detekcii objektov, monitorovaní prietoku, detekcii chýb, robotike, parkovaní, priemyselnej automatizácii a zdravotníckych zariadeniach.
Na detekciu a meranie sa často používajú ultrazvukové sondy s nízkym výkonom. V závislosti od typu a štruktúry vĺn môžu ultrazvukové sondy zahŕňať priame sondy pre pozdĺžne vlny, šikmé sondy pre priečne vlny, povrchové vlnové sondy, Lamb vlnové sondy a duálne sondy, kde jeden prvok vysiela a druhý prijíma.
Pre priemyselné a spotrebiteľské aplikácie patria medzi bežné produkty otvorené ultrazvukové senzory, vodotesné ultrazvukové senzory, vysokofrekvenčné ultrazvukové senzory, parkovacie senzory a hladinové senzory. Správna voľba závisí od rozsahu, frekvencie, krytu, vodotesnosti, cieľového materiálu a prostredia inštalácie.
Presnosť ultrazvukového snímača závisí od frekvencie, citlivosti, hnacieho napätia, cieľového povrchu, teploty vzduchu, vlhkosti, prúdenia vzduchu, uhla inštalácie a spracovania signálu ozveny. Snímač s teplotnou kompenzáciou môže znížiť chyby spôsobené zmenami rýchlosti zvuku.
Citlivosť závisí hlavne od piezoelektrického prvku. Väčší koeficient elektromechanickej väzby zvyčajne znamená vyššiu citlivosť. Vyššia citlivosť pomáha senzoru prijímať slabšie ozveny, ale konečný výkon stále závisí od dizajnu celého obvodu a prostredia aplikácie.
Ultrazvukové senzory sa používajú v priemyselnom meraní, poľnohospodárstve, ľahkom priemysle, zdravotníckych zariadeniach, parkovacích systémoch, robotike, bezpečnostných systémoch, monitorovaní hladiny, detekcii objektov a nedeštruktívnom testovaní. Môžu detekovať zvuky a ozveny, ktoré ľudské uši nepočujú, a potom tieto informácie previesť na užitočné údaje o vzdialenosti, polohe alebo materiáli.
V praktických aplikáciách možno ultrazvukové meranie rozsahu použiť na vyhýbanie sa prekážkam, meranie hladiny v nádrži, detekciu prietoku otvoreného kanála, pomoc pri cúvaní vozidla, navigáciu robota, polohovanie materiálu a detekciu chýb v kovových alebo pevných konštrukciách.
Pri výbere ultrazvukového snímača najprv potvrďte detekčnú vzdialenosť, slepú zónu, cieľový materiál, požadovanú presnosť, prevádzkovú frekvenciu, hnacie napätie, uhol lúča, čas odozvy, požiadavku na vodotesnosť a rozsah pracovnej teploty.
Vo vonkajšom alebo mokrom prostredí sa zvyčajne uprednostňuje vodotesný ultrazvukový snímač. Pre presnú detekciu krátkeho dosahu môže vyššie rozlíšenie poskytnúť snímač vyššej frekvencie. Pre detekciu na veľké vzdialenosti môže byť vhodnejšia nižšia frekvencia a silnejší vysielací výkon.
Pred sériovou výrobou otestujte snímač v skutočnej montážnej polohe a prostredí. Montážny uhol, otvor krytu, cieľový tvar, blízke prekážky, kolísanie teploty a elektrický šum môžu ovplyvniť skutočný výkon.
Ultrazvukové senzory ponúkajú presné, stabilné a bezkontaktné meranie mnohých tekutých a pevných materiálov. Sú užitočné najmä vtedy, keď je optická detekcia ovplyvnená farbou, priehľadnosťou, tmou, prachom, dymom alebo odrazom povrchu.
Ultrazvukové snímače zároveň nie sú vhodné pre každú situáciu. Pred výberom snímača by inžinieri mali zvážiť frekvenciu, napätie, citlivosť, teplotnú kompenzáciu, slepú zónu, dosah, cieľový materiál a podmienky inštalácie.
Ultrazvukový senzor meria vzdialenosť vyslaním vysokofrekvenčného zvukového impulzu a prijatím odrazenej ozveny. Vzdialenosť sa počíta z času, ktorý zvukovej vlne trvá cesta k cieľu a návrat.
Ultrazvukové snímače môžu byť vo vhodných podmienkach vysoko presné, najmä pre bezkontaktné meranie vzdialenosti a hladiny. Presnosť závisí od teploty, vlhkosti, cieľového povrchu, frekvencie snímača, uhla inštalácie a spracovania signálu.
Teplota mení rýchlosť zvuku vo vzduchu. Pri zmene teploty sa môže nameraná vzdialenosť posunúť, pokiaľ snímač nepoužíva teplotnú kompenzáciu alebo systém neopraví údaj.
Vyberte si otvorený typ ultrazvukového snímača pre čisté vnútorné prostredie a kompaktné zariadenia. Vyberte si vodotesný ultrazvukový snímač pre vonkajšie, vlhké, prašné prostredie alebo prostredie náchylné na striekanie.
Používajte správnu frekvenciu, udržujte snímač zarovnaný s cieľom, vyhýbajte sa blízkym prekážkam, zabezpečte stabilné jazdné napätie, použite teplotnú kompenzáciu a otestujte snímač v prostredí konečnej inštalácie.
