Ogledi: 585 Avtor: Urednik mesta Čas objave: 21. 5. 2020 Izvor: Spletno mesto
Ultrazvočni senzorji so brezkontaktni senzorji, ki uporabljajo visokofrekvenčne zvočne valove za zaznavanje predmetov, merjenje razdalje, spremljanje nivoja tekočine in prepoznavanje položaja materiala. Široko se uporabljajo v proizvodnji, elektroenergetskih sistemih, metalurgiji, gradbenih materialih, kemikalijah, predelavi hrane, avtomobilih, skladiščenju, ladjah, tekstilu, transportu, robotiki, nadzoru nivoja tekočin, zaznavanju pretoka v odprtem kanalu in industrijski avtomatizaciji.
Glavne prednosti ultrazvočnih senzorjev so visoka merilna natančnost, stabilno delovanje, brezkontaktno zaznavanje, močna usmerjenost in sposobnost dela s številnimi tekočimi in trdnimi materiali. Vendar imajo ultrazvočni senzorji tudi omejitve, kot so fiksno frekvenčno območje, relativno visoka pogonska napetost, slepa območja, omejen obseg in občutljivost na temperaturo, mehke materiale, pretok zraka in pogoje namestitve.
Ultrazvočni senzor deluje tako, da oddaja ultrazvočne valove in sprejema odbit odmev. Senzor pošlje visokofrekvenčni zvočni impulz proti cilju. Ko zvočni val doseže površino predmeta, se del valovanja odbije nazaj v sprejemnik. Senzor nato izračuna razdaljo ali položaj glede na čas med prenosom in sprejemom.
Ultrazvočna sonda običajno temelji na piezoelektričnih keramičnih elementih. Ti piezoelektrični elementi lahko pretvorijo električno energijo v mehanske vibracije za prenos ultrazvočnih valov, prav tako pa lahko prejete vibracije pretvorijo nazaj v električne signale.
Ko se uporabljen impulzni signal ujema z naravno resonančno frekvenco piezoelektričnega elementa, element močno vibrira in ustvarja ultrazvočne valove. Ko se odbiti valovi vrnejo k sondi, piezoelektrični element sprejme vibracijo in jo pretvori v električni signal za analizo.
| Prednost | Zakaj je to pomembno |
|---|---|
| Brezkontaktno merjenje | Senzor lahko zazna predmete, ne da bi se jih dotaknil, kar je uporabno za lomljive, premikajoče se, vroče ali jedke materiale. |
| Deluje s številnimi materiali | Ultrazvočni senzorji lahko merijo številne tekočine in trdne snovi, vključno z neprozornimi materiali, ki so težki za optične senzorje. |
| Ne vpliva na barvo ali prosojnost | Ker zaznavanje temelji na odboju zvoka, barva in prosojnost tarče običajno malo vplivata na merjenje. |
| Dobra usmerjenost | Ultrazvočni valovi imajo kratke valovne dolžine in močno usmerjenost, zaradi česar so primerni za merjenje razdalje in nivoja. |
| Lahko deluje v temnem okolju | Za razliko od optičnih senzorjev ultrazvočni senzorji niso odvisni od vidne svetlobe. |
| Uporabno v prahu, dimu ali megli | Številni ultrazvočni senzorji lahko delujejo bolje kot optični senzorji v prašnem, dimljenem ali slabo osvetljenem okolju. |
| Slabost | Vpliv na uporabo |
|---|---|
| Fiksno frekvenčno območje | Senzor s frekvenco 40 kHz običajno deluje le blizu predvidenega frekvenčnega območja, na primer približno 38–42 kHz. |
| Višja pogonska napetost | Nekateri ultrazvočni pretvorniki zahtevajo visoko napetost od vrha do vrha, zato bodo nizkonapetostna vezja morda potrebovala ojačevalno vezje ali transformator. |
| Vpliv temperature | Hitrost zvoka se spreminja s temperaturo zraka, kar lahko vpliva na natančnost merjenja razdalje. |
| Mehki materiali absorbirajo zvok | Pena, blago in druge mehke površine lahko absorbirajo ultrazvočne valove in zmanjšajo moč odmeva. |
| Slepa cona | Predmeti, ki so preblizu senzorja, so lahko znotraj minimalne razdalje zaznavanja in jih ni mogoče natančno izmeriti. |
| Omejen obseg | Ultrazvočni valovi se zmanjšujejo z razdaljo, zato je obseg senzorja omejen s frekvenco, močjo, ciljno površino in okoljem. |
Ultrazvočni valovi imajo visoko frekvenco, kratko valovno dolžino, majhen uklon, močno usmerjenost in dobro prodiranje v številne tekočine in trdne snovi. Ko ultrazvočni valovi naletijo na nečistočo, mejo ali vmesnik materiala, proizvedejo odbite odmeve, ki jih je mogoče zaznati in analizirati.
Ultrazvočni senzorji lahko podpirajo tudi Dopplerjevo zaznavanje premikajočih se predmetov. Zaradi tega je ultrazvočna tehnologija uporabna pri merjenju razdalje, merjenju nivoja tekočine, zaznavanju objektov, spremljanju pretoka, odkrivanju napak, robotiki, pomoči pri parkiranju, industrijski avtomatizaciji in medicinski opremi.
Ultrazvočne sonde majhne moči se pogosto uporabljajo za odkrivanje in merjenje. Glede na vrsto in strukturo valov lahko ultrazvočne sonde vključujejo ravne sonde za vzdolžne valove, poševne sonde za prečne valove, sonde površinskih valov, sonde Lambovih valov in dvojne sonde, kjer en element oddaja in drugi sprejema.
Za industrijske in potrošniške aplikacije običajni izdelki vključujejo ultrazvočne senzorje odprtega tipa, vodotesne ultrazvočne senzorje, visokofrekvenčne ultrazvočne senzorje, parkirne senzorje in senzorje nivoja. Pravilna izbira je odvisna od obsega, frekvence, ohišja, ocene vodotesnosti, ciljnega materiala in okolja namestitve.
Natančnost ultrazvočnega senzorja je odvisna od frekvence, občutljivosti, pogonske napetosti, ciljne površine, temperature zraka, vlažnosti, pretoka zraka, kota namestitve in obdelave signala odmeva. Senzor s temperaturno kompenzacijo lahko zmanjša napako, ki jo povzročijo spremembe v hitrosti zvoka.
Občutljivost je v glavnem odvisna od piezoelektričnega elementa. Večji elektromehanski sklopni koeficient običajno pomeni večjo občutljivost. Višja občutljivost pomaga senzorju sprejemati šibkejše odmeve, vendar je končna zmogljivost še vedno odvisna od zasnove celotnega vezja in aplikacijskega okolja.
Ultrazvočni senzorji se uporabljajo v industrijskih meritvah, kmetijstvu, lahki industriji, medicinski opremi, parkirnih sistemih, robotiki, varnostnih sistemih, nadzoru nivoja, zaznavanju objektov in neporušnem testiranju. Lahko zaznajo zvoke in odmeve, ki jih človeška ušesa ne slišijo, nato pa podatke pretvorijo v koristne podatke o razdalji, položaju ali materialu.
V praktičnih aplikacijah se lahko ultrazvočno določanje razdalje uporablja za izogibanje oviram, merjenje nivoja rezervoarja, zaznavanje pretoka v odprtem kanalu, pomoč pri vzvratni vožnji vozila, robotsko navigacijo, pozicioniranje materiala in odkrivanje napak v kovinskih ali trdnih strukturah.
Pri izbiri ultrazvočnega senzorja najprej potrdite razdaljo zaznavanja, slepo cono, ciljni material, zahtevano natančnost, delovno frekvenco, pogonsko napetost, kot žarka, odzivni čas, vodotesnost in območje delovne temperature.
Za zunanja ali mokra okolja je običajno prednost vodotesen ultrazvočni senzor. Za natančno zaznavanje kratkega dosega lahko visokofrekvenčni senzor zagotovi boljšo ločljivost. Za zaznavanje na velike razdalje sta lahko primernejša nižja frekvenca in močnejša oddajna moč.
Pred množično proizvodnjo preizkusite senzor v dejanskem položaju in okolju. Namestitveni kot, odprtina ohišja, oblika cilja, bližnje ovire, nihanje temperature in električni šum lahko vplivajo na dejansko delovanje.
Ultrazvočni senzorji ponujajo natančne, stabilne in brezkontaktne meritve za številne tekoče in trdne materiale. Še posebej so uporabni, kadar na optično zaznavanje vplivajo barva, prosojnost, tema, prah, dim ali površinski odboj.
Hkrati ultrazvočni senzorji niso primerni za vsako situacijo. Inženirji bi morali pred izbiro senzorja upoštevati frekvenco, napetost, občutljivost, temperaturno kompenzacijo, slepo območje, obseg, ciljni material in pogoje namestitve.
Ultrazvočni senzor meri razdaljo s pošiljanjem visokofrekvenčnega zvočnega impulza in sprejemanjem odbitega odmeva. Razdalja se izračuna iz časa, ki je potreben, da zvočni val potuje do cilja in se vrne.
Ultrazvočni senzorji so lahko zelo natančni v ustreznih pogojih, zlasti za brezkontaktno merjenje razdalje in nivoja. Natančnost je odvisna od temperature, vlažnosti, ciljne površine, frekvence senzorja, kota namestitve in obdelave signala.
Temperatura spremeni hitrost zvoka v zraku. Ko se temperatura spremeni, se lahko izmerjena razdalja premakne, razen če senzor uporablja temperaturno kompenzacijo ali sistem popravi odčitek.
Izberite ultrazvočni senzor odprtega tipa za čista notranja okolja in kompaktno opremo. Izberite vodotesen ultrazvočni senzor za zunanja, vlažna, prašna okolja ali okolja, nagnjena k škropljenju.
Uporabite pravilno frekvenco, senzor naj bo poravnan s ciljem, izogibajte se bližnjim oviram, zagotovite stabilno pogonsko napetost, uporabite temperaturno kompenzacijo in preskusite senzor v okolju končne namestitve.
