Visningar: 352 Författare: Webbplatsredaktör Publiceringstid: 2020-05-22 Ursprung: Plats
I daglig produktion och liv, ultraljudsavståndssensorer används i stor utsträckning för bilbackradar, undvikande av robothinder, konstruktionsmätning, vätskenivådetektion, mätning av brunndjup, mätning av rörledningslängd och andra applikationer för beröringsfri avståndsmätning.
Kärnavståndsmetoden för ultraljudssensorer är mätning av flygtiden. Sensorn avger en ultraljudspuls, tar emot ekot som reflekteras från ett mål, mäter tiden fram och tillbaka och beräknar avståndet från ljudets hastighet.
Vanliga ultraljudsavståndssystem är vanligtvis baserade på en mikrodator med ett chip, inbyggd styrenhet eller CPLD. Oavsett vilken kontrollplattform som används måste den grundläggande designen först förstå ultraljudsekoavstånd, ljudhastighet, temperaturkompensation, blindzon och målreflektionsförhållanden.
En ultraljudssensor omvandlar elektriska signaler till ultraljudsvågor och omvandlar mottagna ultraljudsekon tillbaka till elektriska signaler. Ultraljudsvågor är mekaniska vågor med frekvenser över 20kHz. De har stark riktning, långsam energiförlust och relativt lång utbredningssträcka i luft, flytande eller fasta medier.
När en ultraljudsvåg når ett hinder, gränssnitt, vätskeyta eller fast mål, reflekteras en del av vågen tillbaka som ett eko. Det mottagande elementet detekterar detta eko och styrkretsen beräknar avståndet från den uppmätta restid.
Eftersom ultraljudsavståndsmätning är beröringsfri, låg kostnad och anpassningsbar till många material, ger den en användbar balans mellan realtidssvar, noggrannhet, tillförlitlighet och pris.
Den vanligaste ultraljudsavståndsmetoden är tidsdetekteringsmetoden tur och retur, även kallad time-of-flight eller ToF-mätning. Sensorn skickar en ultraljudspuls i en riktning och börjar tajming. När ekot återkommer stoppar systemet tajming och beräknar enkelriktad distans.
Om s är avståndet mellan sensorn och det uppmätta målet, t är den uppmätta tiden fram och tillbaka och v är ljudets utbredningshastighet, är avståndsformeln:
s = v × t / 2
Uppdelningen med 2 är nödvändig eftersom ultraljudspulsen går från sensorn till målet och sedan återvänder från målet till sensorn. Den uppmätta tiden är den totala tiden för tur och retur, inte enkelresan.
För högnoggrann ultraljudsavståndsmätning är temperaturkompensation viktig eftersom ljudhastigheten i luften ändras med temperaturen. Varm luft ökar ljudhastigheten, medan kall luft minskar den.
En vanlig temperaturkompensationsformel är:
v = 331,4 + 0,607T
I denna formel är T omgivningstemperaturen i °C och v är ljudets hastighet i m/s. Att lägga till temperaturkompensation kan minska mätfel, särskilt i utomhusmiljöer, industrimiljöer eller miljöer med variabel temperatur.
| Metod | Hur det fungerar | bäst Använd |
|---|---|---|
| Time-of-flight metod | Mäter tiden mellan ultraljudssändning och ekottagning. | Avståndsmätning, hinderdetektering, vätskenivåmätning. |
| Fasdetekteringsmetod | Beräknar avståndet från fasskillnaden mellan emitterade och mottagna vågor. | Mätsystem med kort räckvidd och högre upplösning. |
| Eko amplitud metod | Analyserar styrkan på den reflekterade ultraljudssignalen. | Måldetektering, materialreflektionsanalys, signalkvalitetsbedömning. |
| Effekt | på mätning | Optimeringstips |
|---|---|---|
| Temperatur | Ändrar ljudets hastighet och orsakar avståndsfel. | Använd temperaturkompensation i styralgoritmen. |
| Blind zon | Mycket nära mål kanske inte detekteras korrekt på grund av givarens ringning. | Välj en ultraljudssensor med liten blindyta för mätning på kort avstånd. |
| Målvinkel | Vinklade ytor kan reflektera ekot bort från mottagaren. | Håll sensorn så vinkelrät mot målytan som möjligt. |
| Målmaterial | Mjuka, porösa eller ljudabsorberande material minskar ekostyrkan. | Testa det faktiska målmaterialet under produktvalideringen. |
| Miljöbuller | Andra ultraljudskällor eller vibrationer kan orsaka felaktiga avläsningar. | Använd filtrering, skärmning och lämplig samplingslogik. |
| Vatten, damm och korrosion | Tuffa miljöer kan minska sensorernas livslängd och signalkvalitet. | Använd vattentäta och korrosionsbeständiga ultraljudssensorer vid behov. |
En vanlig ultraljudsavståndsstruktur använder ett sändande huvud och ett mottagande huvud. Sändaren sänder ut ultraljudsvågor och mottagaren känner av det reflekterade ekot. Denna struktur är enkel och lämplig för många allmänna avståndsmätningsapplikationer.
Vissa system använder flera sändningshuvuden med ett mottagningshuvud, eller flera sensormoduler arrangerade i en array. Den här designen kan förbättra detekteringstäckningen, minska döda vinklar och stödja mer komplexa mätscenarier som robotnavigering eller flerpunktsdetektion av vätskenivå.
Bilbackningsradar och parkeringshjälpsystem.
Undvikande av robothinder och automatisk navigering.
Vätskenivåmätning i tankar, behållare och industriell utrustning.
Brunnsdjup, rörledningslängd och byggplatsmått.
Objektdetektering i automationsutrustning och produktionslinjer.
Vattentät avståndsavkänning i utomhus eller fuktiga miljöer.
Ultraljudsavståndssensorer är populära eftersom de stöder beröringsfri mätning, har en enkel arbetsprincip och kan upptäcka många fasta och flytande mål oavsett färg eller transparens. De är också kostnadseffektiva jämfört med vissa optiska eller lasermätningslösningar.
Med en ultraljudssensor med liten vinkel och liten blindzon kan systemet uppnå mer exakta mätningar i kompakta utrymmen. Vattentät och korrosionsbeständig design gör också ultraljudssensorer användbara i vätskenivå, utomhus och industriella applikationer.
Principen för ultraljudsavståndsmätning är att skicka ultraljudsvågor mot ett mål, ta emot det reflekterade ekot, mäta tiden fram och tillbaka och beräkna avståndet med hjälp av ljudets hastighet. Grundformeln är s = v × t / 2.
För mer exakt ultraljudsavstånd bör designers överväga temperaturkompensation, blindzon, målvinkel, materialreflektion, omgivningsljud och sensorinstallation. Korrekt sensorval och signalbehandling kan förbättra mätstabiliteten i verkliga applikationer.
Ultraljudssensorns avståndsmetod mäter avstånd genom att skicka en ultraljudspuls, ta emot det reflekterade ekot och beräkna avståndet från ljudets restid. Detta kallas också ultraljudstid-of-flight eller ekoavstånd.
Den grundläggande ultraljudsavståndsformeln är s = v × t/2 . I denna formel s är avståndet, v är ljudhastigheten och t är den uppmätta tiden fram och tillbaka för ultraljudspulsen.
Sensorn mäter den totala tiden för ultraljudsvågen att färdas till objektet och återvända. Eftersom detta är en tur och retur måste resultatet delas med 2 för att få envägsavståndet mellan sensorn och målet.
Temperaturen ändrar ljudets hastighet i luften. Om temperaturen ändras men systemet fortfarande använder en fast ljudhastighet, kommer det beräknade avståndet att ha fel. Temperaturkompensation hjälper till att förbättra ultraljudsavståndsnoggrannheten.
Blindzonen är det minsta avståndet där sensorn inte kan mäta tillförlitligt. Det orsakas vanligtvis av att givaren ringer efter sändning. För kortavståndsdetektering, välj en ultraljudssensor med ett litet blindområde.
Mjuka, porösa, ljudabsorberande, mycket tunna eller skarpt vinklade ytor kan minska ekostyrkan. Skum, tyg och vinklade föremål kan orsaka svaga eller instabila avläsningar av ultraljudsavstånd.
Ultraljudsavståndssensorer används ofta i parkeringssensorer, undvikande av robothinder, vätskenivåmätning, industriell automation, konstruktionsmätning, rörledningsdetektering och beröringsfria avståndsmätsystem.
