Zobrazenia: 352 Autor: Editor stránky Čas zverejnenia: 22.05.2020 Pôvod: stránky
V každodennej produkcii a živote, Ultrazvukové snímače rozsahu sa široko používajú na cúvacie radary, vyhýbanie sa prekážkam robotov, konštrukčné meranie, detekciu hladiny kvapaliny, meranie hĺbky vrtu, meranie dĺžky potrubia a iné bezkontaktné aplikácie na meranie vzdialenosti.
Hlavnou metódou merania rozsahu ultrazvukového senzora je meranie doby letu. Senzor vysiela ultrazvukový impulz, prijíma ozvenu odrazenú od cieľa, meria spiatočný čas a vypočítava vzdialenosť z rýchlosti zvuku.
Bežné ultrazvukové meracie systémy sú zvyčajne založené na jednočipovom mikropočítači, vstavanom ovládači alebo CPLD. Bez ohľadu na to, ktorá ovládacia platforma sa použije, základný návrh musí najprv pochopiť rozsah ultrazvukovej ozveny, rýchlosť zvuku, teplotnú kompenzáciu, slepú zónu a podmienky odrazu cieľa.
Ultrazvukový senzor konvertuje elektrické signály na ultrazvukové vlny a konvertuje prijaté ultrazvukové ozveny späť na elektrické signály. Ultrazvukové vlny sú mechanické vlny s frekvenciou nad 20 kHz. Majú silnú smerovosť, pomalú stratu energie a relatívne dlhú vzdialenosť šírenia vo vzduchu, kvapaline alebo pevnom médiu.
Keď ultrazvuková vlna dosiahne prekážku, rozhranie, povrch kvapaliny alebo pevný cieľ, časť vlny sa odrazí späť ako ozvena. Prijímací prvok zaznamená túto ozvenu a riadiaci obvod vypočíta vzdialenosť z nameraného času jazdy.
Pretože ultrazvukové meranie vzdialenosti je bezkontaktné, lacné a prispôsobiteľné mnohým materiálom, poskytuje užitočnú rovnováhu medzi odozvou v reálnom čase, presnosťou, spoľahlivosťou a cenou.
Najbežnejšou metódou ultrazvukového určovania vzdialenosti je metóda zisťovania času okružnej cesty, nazývaná aj meranie času letu alebo ToF. Senzor vyšle ultrazvukový impulz v jednom smere a spustí časovanie. Keď sa ozvena vráti, systém zastaví meranie času a vypočíta jednosmernú vzdialenosť.
Ak s je vzdialenosť medzi snímačom a meraným cieľom, t je nameraný čas cesty a v je rýchlosť šírenia zvuku, vzorec vzdialenosti je:
s = v × t/2
Delenie 2 je potrebné, pretože ultrazvukový impulz postupuje zo snímača do cieľa a potom sa vracia z cieľa do snímača. Nameraný čas je celkový čas spiatočnej cesty, nie čas jednosmernej cesty.
Pre vysoko presné ultrazvukové meranie vzdialenosti je dôležitá teplotná kompenzácia, pretože rýchlosť zvuku vo vzduchu sa mení s teplotou. Teplý vzduch zvyšuje rýchlosť zvuku, zatiaľ čo studený vzduch ju znižuje.
Bežne používaný vzorec teplotnej kompenzácie je:
v = 331,4 + 0,607 T
V tomto vzorci je T okolitá teplota v °C a v je rýchlosť zvuku v m/s. Pridanie teplotnej kompenzácie môže znížiť chyby merania, najmä vo vonkajšom, priemyselnom prostredí alebo v prostredí s premenlivou teplotou.
| Metóda | Ako to funguje | Najlepšie Použitie |
|---|---|---|
| Metóda doby letu | Meria čas medzi prenosom ultrazvuku a príjmom ozveny. | Meranie vzdialenosti, detekcia prekážok, meranie hladiny kvapaliny. |
| Metóda fázovej detekcie | Vypočíta vzdialenosť z fázového rozdielu medzi vysielanými a prijímanými vlnami. | Meracie systémy s krátkym dosahom a vyšším rozlíšením. |
| Metóda amplitúdy ozveny | Analyzuje silu odrazeného ultrazvukového signálu. | Detekcia cieľa, analýza odrazu materiálu, posúdenie kvality signálu. |
| faktora | na optimalizáciu merania | Tip |
|---|---|---|
| Teplota | Mení rýchlosť zvuku a spôsobuje chybu vzdialenosti. | Použite teplotnú kompenzáciu v riadiacom algoritme. |
| Slepá zóna | Veľmi blízke ciele nemusia byť detekované správne kvôli zvoneniu snímača. | Vyberte si ultrazvukový snímač s malou slepou oblasťou na meranie na krátku vzdialenosť. |
| Cieľový uhol | Šikmé povrchy môžu odrážať ozvenu preč od prijímača. | Udržujte snímač čo najviac kolmo na cieľový povrch. |
| Cieľový materiál | Mäkké, porézne materiály alebo materiály pohlcujúce zvuk znižujú silu ozveny. | Počas validácie produktu otestujte skutočný cieľový materiál. |
| Environmentálny hluk | Iné zdroje ultrazvuku alebo vibrácie môžu spôsobiť nesprávne hodnoty. | Použite filtrovanie, tienenie a vhodnú logiku vzorkovania. |
| Voda, prach a korózia | Náročné prostredie môže znížiť životnosť snímača a kvalitu signálu. | V prípade potreby použite vodotesné a proti korózii odolné ultrazvukové snímače. |
Bežná štruktúra ultrazvukového rozsahu používa jednu vysielaciu hlavu a jednu prijímaciu hlavu. Vysielač vysiela ultrazvukové vlny a prijímač detekuje odrazenú ozvenu. Táto štruktúra je jednoduchá a vhodná pre mnoho všeobecných aplikácií na meranie vzdialenosti.
Niektoré systémy používajú viacero vysielacích hláv s jednou prijímacou hlavou alebo viacero modulov snímačov usporiadaných v poli. Tento dizajn môže zlepšiť pokrytie detekcie, znížiť mŕtve miesta a podporovať zložitejšie scenáre merania, ako je navigácia robota alebo viacbodová detekcia hladiny kvapaliny.
Cúvací radar a parkovacie asistenčné systémy.
Robotické vyhýbanie sa prekážkam a automatická navigácia.
Meranie hladiny kvapalín v nádržiach, kontajneroch a priemyselných zariadeniach.
Hĺbka vrtu, dĺžka potrubia a meranie na stavenisku.
Detekcia objektov v automatizačných zariadeniach a výrobných linkách.
Vodotesné snímanie vzdialenosti vo vonkajšom alebo vlhkom prostredí.
Ultrazvukové snímače vzdialenosti sú obľúbené, pretože podporujú bezkontaktné meranie, majú jednoduchý pracovný princíp a dokážu detekovať veľa pevných a kvapalných cieľov bez ohľadu na farbu alebo priehľadnosť. Sú tiež cenovo výhodné v porovnaní s niektorými optickými alebo laserovými riešeniami merania.
S ultrazvukovým snímačom s malým uhlom a malou slepou zónou môže systém dosiahnuť presnejšie meranie v kompaktných priestoroch. Vodotesné a korózne odolné konštrukcie tiež robia ultrazvukové senzory užitočnými pri hladinách tekutín, vonkajších a priemyselných aplikáciách.
Princípom merania ultrazvukovej vzdialenosti je vysielanie ultrazvukových vĺn smerom k cieľu, prijímanie odrazenej ozveny, meranie spiatočného času a výpočet vzdialenosti pomocou rýchlosti zvuku. Základný vzorec je s = v × t / 2.
Pre presnejšie ultrazvukové určovanie rozsahu by dizajnéri mali zvážiť teplotnú kompenzáciu, slepú zónu, cieľový uhol, odraz materiálu, okolitý hluk a inštaláciu snímača. Správny výber snímača a spracovanie signálu môže zlepšiť stabilitu merania v reálnych aplikáciách.
Metóda merania vzdialenosti ultrazvukovým senzorom meria vzdialenosť odoslaním ultrazvukového impulzu, prijatím odrazenej ozveny a výpočtom vzdialenosti od času prenosu zvuku. Nazýva sa to aj ultrazvukové meranie času letu alebo meranie ozveny.
Základný vzorec ultrazvukovej vzdialenosti je s = v × t / 2 . V tomto vzorci s je vzdialenosť, v je rýchlosť zvuku a t je nameraný spiatočný čas ultrazvukového impulzu.
Senzor meria celkový čas, za ktorý sa ultrazvuková vlna dostane k objektu a vráti sa späť. Pretože ide o spiatočnú cestu, výsledok musí byť vydelený 2, aby ste získali jednosmernú vzdialenosť medzi snímačom a cieľom.
Teplota mení rýchlosť zvuku vo vzduchu. Ak sa teplota zmení, ale systém stále používa pevnú rýchlosť zvuku, vypočítaná vzdialenosť bude mať chybu. Teplotná kompenzácia pomáha zlepšiť presnosť ultrazvukového rozsahu.
Slepá zóna je minimálna vzdialenosť, kde snímač nemôže spoľahlivo merať. Zvyčajne je to spôsobené zvonením prevodníka po prenose. Pre detekciu krátkeho dosahu zvoľte ultrazvukový snímač s malou slepou oblasťou.
Mäkké, porézne, zvuk pohlcujúce, veľmi tenké alebo ostré povrchy môžu znížiť silu ozveny. Pena, tkanina a šikmé predmety môžu spôsobiť slabé alebo nestabilné hodnoty ultrazvukovej vzdialenosti.
Ultrazvukové snímače rozsahu sa bežne používajú v parkovacích senzoroch, vyhýbaní sa prekážkam robotov, meraní hladiny kvapalín, priemyselnej automatizácii, stavebnom meraní, detekcii potrubí a bezkontaktných systémoch merania vzdialenosti.
