Прегледи: 110 Аутор: Граце Време објаве: 25.06.2021. Порекло: Сајт
Ултразвучни сензори су уређаји који користе високофреквентне звучне таласе за откривање објеката, мерење удаљености или праћење кретања. Они претварају електричне сигнале у ултразвучне таласе, а затим претварају рефлектоване одјеке назад у електричне сигнале за мерење и контролу.
Ултразвучни талас је механички звучни талас са фреквенцијом већом од 20 кХз. Пошто ултразвучни таласи имају кратку таласну дужину, добру усмереност и релативно стабилно ширење у ваздуху, они се широко користе у мерењу удаљености, детекцији објеката, детекцији нивоа течности, сензорима за паркирање, роботици и индустријској аутоматизацији.
Типичан ултразвучни сензор удаљености користи предајник за емитовање звучних таласа и пријемник за хватање рефлектованог таласа. Мерењем времена између преноса и пријема еха, сензор може израчунати растојање од сензора до циљаног објекта.
Ултразвучни сензор је бесконтактни сензор који користи ултразвук да открије присуство, удаљеност, положај или кретање објекта. Може да ради као ултразвучни сензор удаљености, сензор за детекцију објеката, сензор нивоа течности или сензор близине у зависности од дизајна кола и примене.
У многим ултразвучним сензорима од 40 кХз, керамички претварач се користи за генерисање и пријем ултразвучних таласа. Предајник шаље ултразвучни импулс, а пријемник детектује ехо који рефлектује циљ. Коло сензора затим обрађује ехо сигнал и емитује податке о удаљености или детекцији.
Пар ултразвучних сензора може бити направљен од одвојених предајника и пријемника, или обе функције могу бити уграђене у једну јединицу примопредајника. Слика испод приказује компоненте ултразвучног предајника и пријемника Манорсхи 40кХз. Више ултразвучних сензорских производа доступно је на Манорсхи ултразвучни сензор.
Принцип рада ултразвучног сензора заснива се на преносу звучних таласа, рефлексији и детекцији еха. Сензор емитује ултразвучни импулс према мети. Када звучни талас допре до површине објекта, део таласа се рефлектује назад у пријемник.
Сензор мери време путовања еха, које се назива и време лета. Пошто је брзина звука у ваздуху позната, удаљеност се може израчунати из времена повратног пута ултразвучног таласа.
Удаљеност = брзина звука × време еха / 2
Резултат је подељен са 2 јер звучни талас путује од сензора до објекта, а затим се враћа од објекта до сензора. Измерено време еха је време повратног пута, а не једносмерно време.
| Корак | Шта се дешава |
|---|---|
| 1. Улаз електричног сигнала | Коло примењује електрични сигнал на ултразвучни предајник. |
| 2. Емисија ултразвучног таласа | Пиезоелектрични претварач вибрира и емитује ултразвучне таласе. |
| 3. Одраз еха | Талас се рефлектује када се сусреће са објектом, површином течности или интерфејсом. |
| 4. Ехо пријем | Пријемник детектује рефлектовани ултразвучни талас. |
| 5. Прорачун сигнала | Контролно коло израчунава удаљеност од времена лета. |
Ан ултразвучни предајник обично користи пиезоелектрични керамички кристал причвршћен за металну вибрацијску плочу или резонатор. Када се на пиезокерамички елемент примени наизменични електрични напон, он се брзо шири и скупља.
Ова механичка вибрација генерише ултразвучне таласе. Резонатор и кућиште помажу да се акустична енергија усмери напред, тако да емитовани звучни талас путује као усмерени сноп уместо да се шири подједнако у свим правцима.
Ултразвучни пријемник ради на супротан начин. Када рефлектовани ултразвучни талас стигне до пријемника, вибрациона плоча се помера. Ова вибрација се преноси на пиезоелектрични керамички диск.
Због пиезоелектричног ефекта, керамички елемент генерише електрични сигнал када је механички напрегнут. Коло сензора појачава и обрађује овај слаб сигнал да би утврдио да ли се ехо вратио и колико је времена требало да ехо стигне.
Укратко, ултразвучни сензори могу и да преносе и примају ултразвучне таласе. Приликом преноса претварају електричну енергију у ултразвучну вибрацију. Када примају ехо, они претварају ултразвучне вибрације у електричне сигнале. Због тога се називају и ултразвучни претварачи.
Пошто је пиезоелектрични елемент обично кружног облика, емитовани ултразвучни талас има усмерени узорак снопа. Попречни пресек снопа је често сличан елипси, тако да је опсег детекције ограничен углом, фреквенцијом, величином претварача, акустичном снагом и рефлексијом циља.
За неке дизајне ултразвучних сензора, хоризонтални угао детекције може бити шири од вертикалног угла детекције. На пример, сензор може имати хоризонтални угао снопа од око 120 степени и вертикални угао снопа од око 60 степени, у зависности од структуре и примене. Ефекат
| фактора перформанси | на рад сензора |
|---|---|
| Фреквенција | Ниже фреквенције путују даље, док више фреквенције могу пружити бољу резолуцију на краћим дометима. |
| Угао снопа | Уски сноп побољшава детекцију смера; широка зрака покрива већу површину. |
| Циљна површина | Равне, тврде површине боље рефлектују ултразвук од меких, угаоних или порозних површина. |
| Температура | Температура мења брзину звука и може утицати на тачност удаљености. |
| Животна средина | Прашина, влага, ветар, пена, вибрације и други ултразвучни извори могу утицати на квалитет сигнала. |
Једноставна структура и погодна производња.
Бесконтактно мерење удаљености без додиривања циљаног објекта.
Мање утичу на циљну боју, транспарентност или амбијентално светло од оптичких сензора.
Погодно за детекцију провидних објеката, сјајних површина, нивоа течности и многих чврстих материјала.
Није лако ометати уобичајена електромагнетна поља околине.
Може бити дизајниран као отворени тип, водоотпорни тип, високофреквентни тип, предајник, пријемник или интегрисани примопредајник.
| Тип | Опис | Типична употреба |
|---|---|---|
| Ултразвучни предајник | Претвара електричне сигнале у ултразвучне таласе. | Модули даљине, уређаји за одбијање, сензорни системи. |
| Ултразвучни пријемник | Претвара ултразвучне ехо у електричне сигнале. | Кола за детекцију еха и пријем сигнала. |
| Ултразвучни примопредајник | Комбинује функције преноса и пријема у једној јединици. | Компактни сензори удаљености и модули за детекцију објеката. |
| Водоотпорни ултразвучни сензор | Користи запечаћено кућиште за влажна, спољашња или окружења везана за течност. | Сензори за паркирање, мерење на отвореном, детекција нивоа резервоара. |
| Високофреквентни ултразвучни сензор | Користи вишу фреквенцију за бољу резолуцију на краћим дометима. | Прецизна детекција, медицински, индустријски преглед. |
Ултразвучни сензори се користе свуда где је потребно бесконтактно мерење. Посебно су корисни када на оптичке сензоре могу утицати боја, светлост, провидност, прашина или одсјај.
Сензори за паркирање аутомобила и радар за вожњу уназад.
Избегавање роботских препрека и навигација.
Мерење нивоа течности у резервоарима и контејнерима.
Индустријска аутоматизација и детекција објеката.
Паметне канте за смеће, аутоматска врата и детекција присуства.
Мерење протока, детекција цурења и испитивање без разарања у специјализованим системима.
Иако су ултразвучни сензори поуздани у многим апликацијама, они нису погодни за сваку мету или окружење. Меки, порозни, нагнути, веома мали објекти или објекти који упијају звук могу да узврате слаб одјек. Пена, турбуленција, снажно кретање ваздуха и промене температуре такође могу утицати на тачност мерења.
За прецизно ултразвучно мерење удаљености, инжењери треба да изаберу тачну фреквенцију, угао снопа, тип сензора, положај уградње и метод компензације. У тешким окружењима, обично се преферирају водоотпорни или запечаћени ултразвучни сензори.
Ултразвучни сензори раде тако што емитују високофреквентне звучне таласе и примају рефлектоване одјеке. Удаљеност се израчунава из времена одјека и брзине звука по принципу времена лета.
Пошто су ултразвучни сензори бесконтактни, неосетљиви на боју и светлост и погодни за многе чврсте и течне мете, они се широко користе у мерењу удаљености, детекцији објеката, детекцији нивоа течности, аутомобилским системима и индустријској аутоматизацији.
Ултразвучни сензори мере растојање емитујући звучни импулс, примају рефлектовану ехо и израчунавају удаљеност од времена еха. Основна формула је растојање = брзина звука × време / 2.
Ултразвучни предајник претвара електричну енергију у ултразвучне звучне таласе. Ултразвучни пријемник претвара рефлектоване ултразвучне таласе у електричне сигнале. Неки ултразвучни претварачи могу обављати обе функције у једној компоненти.
Ултразвучни сензори од 40 кХз су уобичајени јер нуде практичну равнотежу између домета, осетљивости, величине компоненте, потрошње енергије и цене. Широко се користе у модулима за одређивање распона, детекцији објеката и системима паркинг сензора.
Да. Пошто ултразвучни сензори користе звучне таласе уместо светлости, могу да открију многе провидне објекте који су тешки за оптичке сензоре. Стварни резултат зависи од облика објекта, угла, величине и акустичне рефлексије.
На прецизност могу утицати температура, влажност, ветар, угао мете, циљни материјал, храпавост површине, поравнање сензора, угао снопа, бука из околине и ехо сметње од оближњих објеката.
На ултразвучне сензоре углавном не утиче видљива светлост или боја предмета јер користе звучне таласе. То их чини корисним за мрачна окружења, провидне мете, сјајне површине и апликације у којима оптички сензори могу бити непоуздани.
Ултразвучни сензори удаљености се користе у радару за вожњу уназад, избегавању препрека роботу, мерењу нивоа течности, индустријској аутоматизацији, паметним кантама за смеће, аутоматским вратима, паркинг системима и опреми за бесконтактну детекцију.
