Ogledi: 110 Avtor: Grace Čas objave: 25.6.2021 Izvor: Spletno mesto
Ultrazvočni senzorji so naprave, ki uporabljajo visokofrekvenčne zvočne valove za zaznavanje predmetov, merjenje razdalje ali spremljanje gibanja. Električne signale pretvorijo v ultrazvočne valove in nato odbite odmeve pretvorijo nazaj v električne signale za merjenje in nadzor.
Ultrazvočno valovanje je mehansko zvočno valovanje s frekvenco nad 20kHz. Ker imajo ultrazvočni valovi kratko valovno dolžino, dobro usmerjenost in razmeroma stabilno širjenje v zraku, se pogosto uporabljajo pri merjenju razdalje, zaznavanju predmetov, zaznavanju nivoja tekočine, parkirnih senzorjih, robotiki in industrijski avtomatizaciji.
Tipičen ultrazvočni senzor razdalje uporablja oddajnik za oddajanje zvočnih valov in sprejemnik za zajemanje odbitega valovanja. Z merjenjem časa med prenosom in sprejemom odmeva lahko senzor izračuna razdaljo od senzorja do ciljnega predmeta.
Ultrazvočni senzor je brezkontaktni senzor, ki uporablja ultrazvok za zaznavanje prisotnosti, razdalje, položaja ali gibanja predmeta. Deluje lahko kot ultrazvočni senzor razdalje, senzor za zaznavanje predmetov, senzor nivoja tekočine ali senzor bližine, odvisno od zasnove vezja in uporabe.
V številnih ultrazvočnih senzorjih 40 kHz se za ustvarjanje in sprejemanje ultrazvočnih valov uporablja keramični pretvornik. Oddajnik pošlje ultrazvočni impulz, sprejemnik pa zazna odmev, ki ga odbija tarča. Senzorsko vezje nato obdela signal odmeva in odda podatke o razdalji ali zaznavi.
Par ultrazvočnih senzorjev je lahko izdelan iz ločenega oddajnika in sprejemnika ali pa sta obe funkciji lahko vdelani v eno oddajno-sprejemno enoto. Spodnja slika prikazuje komponente ultrazvočnega oddajnika in sprejemnika Manorshi 40kHz. Več izdelkov z ultrazvočnim senzorjem je na voljo na Ultrazvočni senzor Manorshi.
Načelo delovanja ultrazvočnega senzorja temelji na prenosu zvočnih valov, odboju in zaznavanju odmeva. Senzor oddaja ultrazvočni impulz proti cilju. Ko zvočni val doseže površino predmeta, se del valovanja odbije nazaj v sprejemnik.
Senzor meri čas potovanja odmeva, imenovan tudi čas leta. Ker je hitrost zvoka v zraku znana, je razdaljo mogoče izračunati iz časa povratnega potovanja ultrazvočnega vala.
Razdalja = hitrost zvoka × čas odmeva / 2
Rezultat je deljen z 2, ker zvočni val potuje od senzorja do predmeta in se nato vrne od predmeta do senzorja. Izmerjeni čas odmeva je povratni čas in ne enosmerni čas.
| Korak | Kaj se zgodi |
|---|---|
| 1. Vhod električnega signala | Vezje dovaja električni signal ultrazvočnemu oddajniku. |
| 2. Oddajanje ultrazvočnih valov | Piezoelektrični pretvornik vibrira in oddaja ultrazvočne valove. |
| 3. Odboj odmeva | Val se odbije, ko se sreča s predmetom, površino tekočine ali vmesnikom. |
| 4. Sprejem odmeva | Sprejemnik zazna odbiti ultrazvočni val. |
| 5. Izračun signala | Krmilno vezje izračuna razdaljo iz časa leta. |
An Ultrazvočni oddajnik običajno uporablja piezoelektrični keramični kristal, pritrjen na kovinsko vibracijsko ploščo ali resonator. Ko je na piezokeramični element priključena izmenična električna napetost, se ta hitro razširi in krči.
Ta mehanska vibracija ustvarja ultrazvočne valove. Resonator in ohišje pomagata usmerjati akustično energijo naprej, tako da oddani zvočni val potuje kot usmerjen žarek, namesto da bi se enakomerno širil v vse smeri.
Ultrazvočni sprejemnik deluje ravno nasprotno. Ko odbiti ultrazvočni val doseže sprejemnik, se vibracijska plošča premakne. Ta vibracija se prenese na piezoelektrični keramični disk.
Zaradi piezoelektričnega učinka keramični element ustvari električni signal, ko je mehansko obremenjen. Senzorsko vezje ojača in obdela ta šibek signal, da ugotovi, ali se je odmev vrnil in koliko časa je trajalo, da je prišel.
Skratka, ultrazvočni senzorji lahko prenašajo in sprejemajo ultrazvočne valove. Pri oddajanju pretvarjajo električno energijo v ultrazvočne vibracije. Ko sprejemajo odmeve, pretvarjajo ultrazvočne vibracije v električne signale. Zato jih imenujemo tudi ultrazvočni pretvorniki.
Ker je piezoelektrični element običajno krožen, ima oddani ultrazvočni val usmerjen vzorec žarka. Prerez žarka je pogosto podoben elipsi, zato je območje zaznavanja omejeno s kotom, frekvenco, velikostjo pretvornika, akustično močjo in odbojem tarče.
Pri nekaterih oblikah ultrazvočnih senzorjev je vodoravni kot zaznavanja lahko širši od navpičnega kota zaznavanja. Na primer, senzor ima lahko horizontalni kot žarka približno 120 stopinj in navpični kot približno 60 stopinj, odvisno od strukture in uporabe. Učinek
| faktorja zmogljivosti | na delovanje senzorja |
|---|---|
| Pogostost | Nižje frekvence potujejo dlje, medtem ko lahko višje frekvence zagotovijo boljšo ločljivost pri krajših razdaljah. |
| Kot žarka | Ozek žarek izboljša zaznavanje smeri; širok žarek pokriva večjo površino. |
| Ciljna površina | Ravne, trde površine odbijajo ultrazvok bolje kot mehke, nagnjene ali porozne površine. |
| Temperatura | Temperatura spremeni hitrost zvoka in lahko vpliva na natančnost razdalje. |
| okolje | Prah, vlaga, veter, pena, vibracije in drugi ultrazvočni viri lahko vplivajo na kakovost signala. |
Enostavna struktura in priročna izdelava.
Brezkontaktno merjenje razdalje brez dotika ciljnega predmeta.
Nanj manj vplivajo ciljna barva, prosojnost ali ambientalna svetloba kot optični senzorji.
Primerno za zaznavanje prozornih predmetov, sijajnih površin, nivojev tekočine in mnogih trdnih materialov.
Običajna elektromagnetna polja iz okolja ga ne motijo zlahka.
Lahko je zasnovan kot odprti tip, vodoodporen tip, visokofrekvenčni tip, oddajnik, sprejemnik ali integriran sprejemnik-sprejemnik.
| Vrsta | Opis | Tipična uporaba |
|---|---|---|
| Ultrazvočni oddajnik | Pretvarja električne signale v ultrazvočne valove. | Distančni moduli, repeller naprave, sistemi zaznavanja. |
| Ultrazvočni sprejemnik | Ultrazvočne odmeve pretvori v električne signale. | Vezja za zaznavanje odmeva in sprejem signala. |
| Ultrazvočni oddajnik | Združuje oddajno in sprejemno funkcijo v eni enoti. | Kompaktni senzorji razdalje in moduli za zaznavanje predmetov. |
| Vodotesen ultrazvočni senzor | Uporablja zaprto ohišje za vlažna, zunanja okolja ali okolja, povezana s tekočino. | Parkirni senzorji, zunanji razpon, zaznavanje nivoja rezervoarja. |
| Visokofrekvenčni ultrazvočni senzor | Uporablja višjo frekvenco za boljšo ločljivost pri krajših razdaljah. | Natančno odkrivanje, medicinski, industrijski pregled. |
Ultrazvočni senzorji se uporabljajo povsod, kjer so potrebne brezkontaktne meritve. Še posebej so uporabni, kadar lahko na optične senzorje vplivajo barva, svetloba, prosojnost, prah ali bleščanje.
Parkirni senzorji in radar za vzvratno vožnjo.
Robot se izogiba oviram in navigira.
Merjenje nivoja tekočin v rezervoarjih in posodah.
Industrijska avtomatizacija in detekcija objektov.
Pametni smetnjaki, avtomatska vrata in zaznavanje prisotnosti.
Merjenje pretoka, odkrivanje puščanja in neporušitveno testiranje v specializiranih sistemih.
Čeprav so ultrazvočni senzorji zanesljivi v številnih aplikacijah, niso primerni za vsak cilj ali okolje. Mehki, porozni, oglati, zelo majhni predmeti ali predmeti, ki absorbirajo zvok, lahko oddajajo šibek odmev. Na natančnost meritev lahko vplivajo tudi pena, turbulenca, močno gibanje zraka in temperaturne spremembe.
Za natančno ultrazvočno merjenje razdalje morajo inženirji izbrati pravilno frekvenco, kot žarka, vrsto senzorja, položaj namestitve in način kompenzacije. V težkih okoljih imajo običajno prednost vodotesni ali zaprti ultrazvočni senzorji.
Ultrazvočni senzorji delujejo tako, da oddajajo visokofrekvenčne zvočne valove in sprejemajo odbite odmeve. Razdalja se izračuna iz časa odmeva in hitrosti zvoka z uporabo načela časa leta.
Ker so ultrazvočni senzorji brezkontaktni, neobčutljivi na barvo in svetlobo ter primerni za številne trdne in tekoče tarče, se pogosto uporabljajo pri merjenju razdalje, zaznavanju objektov, zaznavanju nivoja tekočine, avtomobilskih sistemih in industrijski avtomatizaciji.
Ultrazvočni senzorji merijo razdaljo z oddajanjem zvočnega impulza, sprejemanjem odbitega odmeva in izračunavanjem razdalje iz časa odmeva. Osnovna formula je razdalja = hitrost zvoka × čas / 2.
Ultrazvočni oddajnik pretvarja električno energijo v ultrazvočne zvočne valove. Ultrazvočni sprejemnik pretvori odbite ultrazvočne valove v električne signale. Nekateri ultrazvočni pretvorniki lahko opravljajo obe funkciji v eni komponenti.
Ultrazvočni senzorji 40kHz so običajni, ker nudijo praktično ravnotežje med obsegom, občutljivostjo, velikostjo komponent, porabo energije in ceno. Široko se uporabljajo v modulih za določanje razdalje, zaznavanju objektov in sistemih parkirnih senzorjev.
ja Ker ultrazvočni senzorji namesto svetlobe uporabljajo zvočne valove, lahko zaznajo veliko prozornih predmetov, ki jih optični senzorji težko uporabljajo. Dejanski rezultat je odvisen od oblike predmeta, kota, velikosti in akustičnega odboja.
Na natančnost lahko vplivajo temperatura, vlaga, veter, kot tarče, material tarče, hrapavost površine, poravnava senzorja, kot žarka, okoljski hrup in motnje odmeva bližnjih predmetov.
Na ultrazvočne senzorje na splošno ne vpliva vidna svetloba ali barva predmeta, ker uporabljajo zvočne valove. Zaradi tega so uporabni za temna okolja, prozorne tarče, sijoče površine in aplikacije, kjer so optični senzorji nezanesljivi.
Ultrazvočni senzorji razdalje se uporabljajo v radarju za vzvratno vožnjo, robotskem izogibanju oviram, merjenju nivoja tekočin, industrijski avtomatizaciji, pametnih smetnjakih, avtomatskih vratih, parkirnih sistemih in opremi za brezkontaktno zaznavanje.
