Visningar: 585 Författare: Webbplatsredaktör Publiceringstid: 2020-05-21 Ursprung: Plats
Ultraljudssensorer är beröringsfria sensorer som använder högfrekventa ljudvågor för att upptäcka föremål, mäta avstånd, övervaka vätskenivån och identifiera materialposition. De används i stor utsträckning inom tillverkning, kraftsystem, metallurgi, byggmaterial, kemikalier, livsmedelsförädling, bilar, lager, fartyg, textilier, transport, robotteknik, vätskenivåövervakning, flödesdetektering av öppna kanaler och industriell automation.
De främsta fördelarna med ultraljudssensorer är hög mätnoggrannhet, stabil drift, beröringsfri detektering, stark riktning och förmågan att arbeta med många flytande och fasta material. Men ultraljudssensorer har också begränsningar, såsom fast frekvensområde, relativt hög drivspänning, blinda zoner, begränsad räckvidd och känslighet för temperatur, mjuka material, luftflöde och installationsförhållanden.
En ultraljudssensor fungerar genom att sända ultraljudsvågor och ta emot det reflekterade ekot. Sensorn skickar en högfrekvent ljudpuls mot ett mål. När ljudvågen når objektets yta reflekteras en del av vågen tillbaka till mottagaren. Sensorn beräknar sedan avstånd eller position baserat på tiden mellan sändning och mottagning.
Ultraljudssonden är vanligtvis baserad på piezoelektriska keramiska element. Dessa piezoelektriska element kan omvandla elektrisk energi till mekanisk vibration för att överföra ultraljudsvågor, och de kan också omvandla mottagna vibrationer tillbaka till elektriska signaler.
När den applicerade pulssignalen matchar det piezoelektriska elementets naturliga resonansfrekvens, vibrerar elementet kraftigt och genererar ultraljudsvågor. När reflekterade vågor återvänder till sonden tar det piezoelektriska elementet emot vibrationen och omvandlar den till en elektrisk signal för analys.
| Fördelar | varför det är viktigt |
|---|---|
| Beröringsfri mätning | Sensorn kan upptäcka föremål utan att vidröra dem, vilket är användbart för ömtåliga, rörliga, heta eller frätande material. |
| Fungerar med många material | Ultraljudssensorer kan mäta många vätskor och fasta ämnen, inklusive ogenomskinliga material som är svåra för optiska sensorer. |
| Inte påverkad av färg eller transparens | Eftersom detektion är baserad på ljudreflektion har målfärg och transparens vanligtvis liten effekt på mätningen. |
| Bra riktning | Ultraljudsvågor har korta våglängder och stark riktning, vilket gör dem lämpliga för avstånds- och nivåmätning. |
| Kan arbeta i mörka miljöer | Till skillnad från optiska sensorer är ultraljudssensorer inte beroende av synligt ljus. |
| Användbar i damm, rök eller dimma | Många ultraljudssensorer kan prestera bättre än optiska sensorer i dammiga, rökiga eller svaga ljusmiljöer. |
| Nackdel | Inverkan på applikationen |
|---|---|
| Fast frekvensområde | En 40 kHz-sensor fungerar vanligtvis bara nära sitt designade frekvensområde, till exempel cirka 38-42 kHz. |
| Högre drivspänning | Vissa ultraljudsgivare kräver hög topp-till-toppspänning, så lågspänningskretsar kan behöva en förstärkningskrets eller transformator. |
| Temperaturpåverkan | Ljudhastigheten ändras med lufttemperaturen, vilket kan påverka avståndsmätningsnoggrannheten. |
| Mjuka material absorberar ljud | Skum, tyg och andra mjuka ytor kan absorbera ultraljudsvågor och minska ekostyrkan. |
| Blind zon | Föremål för nära sensorn kan vara inom det minsta detekteringsavståndet och kan inte mätas exakt. |
| Begränsat utbud | Ultraljudsvågor dämpas med avståndet, så sensorns räckvidd begränsas av frekvens, effekt, målyta och miljö. |
Ultraljudsvågor har hög frekvens, kort våglängd, liten diffraktion, stark riktning och god penetration i många vätskor och fasta ämnen. När ultraljudsvågor möter en förorening, gräns eller materialgränssnitt producerar de reflekterade ekon som kan detekteras och analyseras.
Ultraljudssensorer kan också stödja dopplerbaserad detektering för rörliga föremål. Detta gör ultraljudsteknik användbar vid avståndsmätning, vätskenivåmätning, objektdetektering, flödesövervakning, feldetektering, robotik, parkeringshjälp, industriell automation och medicinsk utrustning.
Ultraljudssonder med låg effekt används ofta för detektering och mätning. Beroende på vågtyp och struktur kan ultraljudssonder inkludera raka sonder för longitudinella vågor, sneda sonder för tvärvågor, ytvågssonder, lammvågssonder och dubbla sonder där ett element sänder och ett annat tar emot.
För industriella och konsumenttillämpningar inkluderar vanliga produkter ultraljudssensorer av öppen typ, vattentäta ultraljudssensorer, högfrekventa ultraljudssensorer, parkeringssensorer och nivåsensorer. Rätt val beror på räckvidd, frekvens, hölje, vattentäthetsklass, målmaterial och installationsmiljö.
Noggrannheten hos en ultraljudssensor beror på frekvens, känslighet, drivspänning, målyta, lufttemperatur, luftfuktighet, luftflöde, installationsvinkel och ekosignalbehandling. En sensor med temperaturkompensation kan minska fel som orsakas av förändringar i ljudets hastighet.
Känsligheten beror huvudsakligen på det piezoelektriska elementet. En större elektromekanisk kopplingskoefficient innebär vanligtvis högre känslighet. Högre känslighet hjälper sensorn att ta emot svagare ekon, men den slutliga prestandan beror fortfarande på hela kretsdesignen och applikationsmiljön.
Ultraljudssensorer används inom industriell mätning, jordbruk, lätt industri, medicinsk utrustning, parkeringssystem, robotteknik, säkerhetssystem, nivåövervakning, objektdetektering och oförstörande testning. De kan upptäcka ljud och ekon som mänskliga öron inte kan höra och sedan omvandla informationen till användbar avstånds-, positions- eller materialdata.
I praktiska tillämpningar kan ultraljudsavståndsavstånd användas för undvikande av hinder, mätning av tanknivå, flödesdetektering av öppen kanal, assistans vid backning av fordon, robotnavigering, materialpositionering och detektering av fel i metall eller solida strukturer.
När du väljer en ultraljudssensor, bekräfta först detekteringsavståndet, blindzonen, målmaterialet, erforderlig noggrannhet, driftfrekvens, drivspänning, strålvinkel, svarstid, krav på vattentäthet och arbetstemperaturintervall.
För utomhus- eller våta miljöer är en vattentät ultraljudssensor vanligtvis att föredra. För exakt kortavståndsdetektion kan en högre frekvenssensor ge bättre upplösning. För långdistansdetektering kan lägre frekvens och starkare sändningseffekt vara lämpligare.
Före massproduktion, testa sensorn i den verkliga installationspositionen och miljön. Monteringsvinkeln, kapslingens öppning, målformen, närliggande hinder, temperaturvariationer och elektriskt brus kan alla påverka den faktiska prestandan.
Ultraljudssensorer erbjuder exakta, stabila och beröringsfria mätningar för många flytande och fasta material. De är särskilt användbara när optisk detektering påverkas av färg, transparens, mörker, damm, rök eller ytreflektion.
Samtidigt är ultraljudssensorer inte lämpliga för alla situationer. Ingenjörer bör överväga frekvens, spänning, känslighet, temperaturkompensation, blindzon, räckvidd, målmaterial och installationsförhållanden innan de väljer en sensor.
En ultraljudssensor mäter avstånd genom att skicka en högfrekvent ljudpuls och ta emot det reflekterade ekot. Avståndet beräknas från den tid det tar för ljudvågen att färdas till målet och återvända.
Ultraljudssensorer kan vara mycket noggranna under lämpliga förhållanden, speciellt för beröringsfri avstånds- och nivåmätning. Noggrannheten beror på temperatur, luftfuktighet, målyta, sensorfrekvens, installationsvinkel och signalbehandling.
Temperaturen ändrar ljudets hastighet i luften. När temperaturen ändras kan det uppmätta avståndet skifta om inte sensorn använder temperaturkompensation eller systemet korrigerar avläsningen.
Välj en ultraljudssensor av öppen typ för rena inomhusmiljöer och kompakt utrustning. Välj en vattentät ultraljudssensor för utomhusmiljöer, fuktiga, dammiga eller stänkbenägna miljöer.
Använd rätt frekvens, håll sensorn i linje med målet, undvik närliggande hinder, tillhandahåll stabil drivspänning, använd temperaturkompensation och testa sensorn i den slutliga installationsmiljön.
