เซ็นเซอร์ช่วงอัลตราโซนิก

เซนเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิกคืออะไร?

เซ็นเซอร์ วัดระยะอัลตราโซนิก เป็นอุปกรณ์ตรวจจับแบบไม่สัมผัสซึ่งวัดระยะห่างระหว่างเซ็นเซอร์และเป้าหมายโดยการส่งพัลส์เสียงอัลตราโซนิกและวัดระยะเวลาที่เสียงสะท้อนที่สะท้อนกลับมา

คลื่นอัลตร้าโซนิคมีความถี่สูงกว่าช่วงการได้ยินปกติของมนุษย์ประมาณ 20 kHz โดยทั่วไปเซ็นเซอร์วัดระยะแบบควบอากาศจะทำงานประมาณ 40 kHz แม้ว่าจะใช้ความถี่อื่นๆ ตามช่วงการวัด ความละเอียด ขนาดทรานสดิวเซอร์ รูปแบบลำแสง และสภาพแวดล้อมที่ต้องการ

ต่างจากเซนเซอร์วัดระยะด้วยแสง เซนเซอร์อัลตราโซนิกไม่ได้ขึ้นอยู่กับสีของชิ้นงานหรือการสะท้อนแสงที่มองเห็นเป็นหลัก ดังนั้นจึงสามารถตรวจจับวัตถุที่โปร่งใส โปร่งแสง มืดหรือมันวาวได้จำนวนมาก โดยที่เป้าหมายจะส่งเสียงสะท้อนที่แรงเพียงพอไปยังเครื่องรับ

เทคโนโลยีช่วงอัลตราโซนิกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจจับสิ่งกีดขวางของหุ่นยนต์ การช่วยจอดรถในรถยนต์ การวัดระดับของเหลว ประตูอัตโนมัติ ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ระบบรักษาความปลอดภัย การจัดการวัสดุ และการตรวจจับการมีอยู่ของวัตถุ

อุปกรณ์มานอร์ชิ เซ็นเซอร์และทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิก สำหรับการวัดระยะทาง การตรวจจับวัตถุ ระบบจอดรถ การตรวจจับระดับ และการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์แบบกำหนดเอง

เซนเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิกทำงานอย่างไร

เซ็นเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิกส่วนใหญ่ใช้ หลักการเวลาบิน หรือที่เรียกว่าวิธีเวลาเปลี่ยนผ่านแบบสะท้อน ระบบจะวัดเวลาระหว่างการส่งพัลส์อัลตราโซนิกและรับเสียงสะท้อนที่สะท้อน

1. วงจรควบคุมจะสร้างไฟฟ้าระเบิดสั้นๆ ที่หรือใกล้กับความถี่ที่กำหนดของทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิก

2. ทรานสดิวเซอร์ส่งสัญญาณจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นการสั่นสะเทือนเชิงกลแบบอัลตราโซนิก

3. ชีพจรอัลตราโซนิกเคลื่อนที่ผ่านอากาศไปยังเป้าหมาย

4. พลังงานเสียงส่วนหนึ่งสะท้อนจากพื้นผิวเป้าหมาย

5. เครื่องรับจะแปลงเสียงสะท้อนกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้าขนาดเล็ก

6. วงจรปรับสภาพสัญญาณจะขยาย กรอง และตรวจจับเสียงสะท้อน

7. ไมโครคอนโทรลเลอร์หรือวงจรจับเวลาจะวัดเวลาการเดินทางไปกลับและแปลงเป็นระยะทาง

สูตรการวัดระยะทางอัลตราโซนิก

• d คือระยะห่างทางเดียวระหว่างเซ็นเซอร์กับเป้าหมาย

• t คือเวลาไปกลับที่วัดได้ตั้งแต่การส่งสัญญาณไปจนถึงการรับสัญญาณเสียงก้อง

• c คือความเร็วของเสียงในตัวกลางการวัด

• ผลลัพธ์จะถูกหารด้วยสองเนื่องจากเสียงเดินทางจากเซ็นเซอร์ไปยังเป้าหมายแล้วกลับไปยังเซ็นเซอร์

ตัวอย่างการคำนวณช่วงอัลตราโซนิก

ที่อุณหภูมิประมาณ 20°C ความเร็วเสียงในอากาศแห้งคือประมาณ 343 เมตร/วินาที หากเวลาสะท้อนที่วัดได้คือ 5.83 มิลลิวินาที ระยะทางที่คำนวณได้คือ:

ตัวอย่างนี้ถือว่าอุณหภูมิอากาศคงที่และเสียงสะท้อนที่ตรวจจับได้ชัดเจน ระบบจริงอาจใช้การชดเชยอุณหภูมิ การกรองสัญญาณ การตรวจจับเกณฑ์ การสอบเทียบ และการหาค่าเฉลี่ยหลายตัวอย่าง

โครงสร้างและหลักการทำงานของเพียโซอิเล็กทริก

แกนหลักของทรานสดิวเซอร์แบบอัลตราโซนิกหลายตัวคือองค์ประกอบเซรามิกเพียโซอิเล็กทริกที่ติดอยู่กับไดอะแฟรมโลหะหรือแผ่นสะท้อนเสียง ส่วนประกอบอาจรวมถึงเครื่องสะท้อนเสียง ตัวเรือนกันเสียง ขั้วต่อ วัสดุหน่วง ตาข่ายป้องกัน และส่วนประกอบการปิดผนึกด้านสิ่งแวดล้อม

เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับกับเซรามิกเพียโซอิเล็กทริก วัสดุจะขยายและหดตัว การเสียรูปทางกลนี้ทำให้ไดอะแฟรมสั่นสะเทือนและแผ่คลื่นอัลตราโซนิกไปในอากาศ

กระบวนการเพียโซอิเล็กทริกแบบย้อนกลับเกิดขึ้นระหว่างการรับสัญญาณ คลื่นแรงดันอัลตราโซนิกที่ส่งกลับจะสั่นสะเทือนไดอะแฟรมและส่วนประกอบเพียโซอิเล็กทริก ทำให้เกิดสัญญาณไฟฟ้าขนาดเล็กที่สามารถขยายและประมวลผลโดยวงจรรับ

เครื่องสะท้อนเสียงที่มีรูปทรงกรวยหรือรูปเขาสามารถปรับปรุงการถ่ายโอนพลังงานเสียงระหว่างองค์ประกอบเพียโซอิเล็กทริกและอากาศโดยรอบ รูปทรงของมันยังส่งผลต่อความไว ความถี่เรโซแนนซ์ และรูปแบบของลำแสงอีกด้วย

ประเภทเครื่องส่ง เครื่องรับ และตัวรับส่งสัญญาณอัลตราโซนิก

ระบบกำหนดระยะอัลตราโซนิกอาจใช้ตัวส่งและตัวรับแยกกันหรือตัวรับส่งสัญญาณตัวเดียวที่สลับระหว่างการส่งและรับ

ตัวอย่าง ข้อมูลจำเพาะของเซนเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิก 40 kHz

ตารางต่อไปนี้จะเก็บตัวอย่างพารามิเตอร์ตัวส่งและตัวรับอัลตราโซนิก 40 kHz จากหน้าต้นฉบับ ค่าเหล่านี้ไม่ควรถือเป็นข้อกำหนดสากลสำหรับเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกทุกตัว ตรวจสอบหมายเลขชิ้นส่วนสุดท้าย เงื่อนไขการทดสอบ และเอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์ทุกครั้งก่อนออกแบบวงจรขับเคลื่อนหรืออนุมัติส่วนประกอบการผลิต

ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักของเซนเซอร์อัลตราโซนิก

ประสิทธิภาพช่วงอัลตราโซนิกขึ้นอยู่กับทรานสดิวเซอร์ วงจรขับเคลื่อน วงจรรับ อัลกอริธึมการประมวลผลสัญญาณ เป้าหมาย และสภาพแวดล้อมการติดตั้ง พารามิเตอร์ต่อไปนี้ควรได้รับการประเมินร่วมกันแทนที่จะประเมินอย่างอิสระ

ความถี่กลางและความถี่เรโซแนนซ์

ความถี่กลางคือความถี่ที่ทรานสดิวเซอร์ได้รับการออกแบบให้ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ สำหรับทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิก 40 kHz ปกติ วงจรส่งสัญญาณจะสร้างความถี่ที่ใกล้เคียง 40 kHz ในขณะที่เครื่องรับจะถูกกรองรอบช่วงความถี่ที่คล้ายกัน

การขับรถออกห่างจากบริเวณที่มีเสียงสะท้อนมากเกินไปอาจลดพลังงานเสียงที่ส่งผ่านและความไวในการรับสัญญาณได้ ความทนทานต่อส่วนประกอบ อุณหภูมิ การติดตั้ง และการออกแบบตัวเครื่องอาจทำให้การตอบสนองที่มีประสิทธิภาพเปลี่ยนไป

ส่งสัญญาณระดับความดันเสียง

ระดับความดันเสียงที่ส่งสัญญาณบ่งบอกถึงความแรงของเอาท์พุตอัลตราโซนิกภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่ระบุ ค่าที่สูงกว่าสามารถรองรับเสียงสะท้อนที่แรงกว่าหรือระยะการตรวจจับที่ยาวขึ้น แต่ผลลัพธ์จะขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ ความถี่ รูปคลื่น ระยะการวัด และฟิกซ์เจอร์ทดสอบ

ควรเปรียบเทียบค่าความดันเสียงเมื่อเอกสารข้อมูลใช้เงื่อนไขการวัดที่เท่ากันเท่านั้น

การรับความรู้สึกไว

ความไวในการรับจะอธิบายว่าเครื่องรับแปลงแรงดันอัลตราโซนิกขาเข้าเป็นสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด ความไวที่สูงขึ้นสามารถปรับปรุงการตรวจจับเสียงสะท้อนที่อ่อนแอได้ แต่ระบบที่สมบูรณ์ยังขึ้นอยู่กับสัญญาณรบกวนของแอมพลิฟายเออร์ แบนด์วิธของตัวกรอง อัตราขยาย การตั้งค่าเกณฑ์ และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ความไวของเสียงก้องและอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวน

ความไวของเสียงสะท้อนแสดงถึงสัญญาณที่ได้รับซึ่งเกิดขึ้นภายใต้เป้าหมายที่กำหนดไว้และการเตรียมการทดสอบ ระบบกำหนดช่วงที่มีประโยชน์จะต้องแยกแยะเสียงสะท้อนที่แท้จริงจากสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า การสั่นสะเทือนทางกล การเชื่อมต่อทางเสียงโดยตรง และการสะท้อนทุติยภูมิ

การควบคุมอัตราขยายอัตโนมัติ การกรองแบนด์พาส การตรวจจับซองจดหมาย การประมวลผลสหสัมพันธ์ และเกณฑ์การปรับตัวอาจถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงการจดจำเสียงก้อง

เวลาเรียกเข้า เวลาเสื่อม และโซนตาบอด

หลังจากที่การระเบิดของการส่งสัญญาณสิ้นสุดลง ทรานสดิวเซอร์และโครงสร้างทางกลยังคงสั่นต่อไปในช่วงสั้นๆ การสั่นสะเทือนที่ตกค้างนี้เรียกว่าเสียงเรียกเข้าหรือวงแหวนลง

ในระหว่างช่วงพักฟื้นนี้ เสียงสะท้อนที่เป็นเป้าหมายใกล้เคียงอาจถูกซ่อนไว้โดยสัญญาณส่งสัญญาณที่เหลือที่แรงกว่ามาก ระยะทางที่วัดได้ขั้นต่ำที่สอดคล้องกันเรียกว่า โซน , โซนบอด หรือ ระยะการตรวจจับขั้นต่ำ.

โดยทั่วไประยะเวลาเสียงเรียกเข้าที่สั้นกว่าจะรองรับระยะการตรวจจับขั้นต่ำที่สั้นลง แม้ว่าโซนบอดสุดท้ายยังขึ้นอยู่กับการฟื้นตัวของวงจร แรงดันไฟฟ้าของเครื่องส่งสัญญาณ การหน่วง การตั้งค่าเกณฑ์ และวิธีการประมวลผลสัญญาณด้วย

มุมลำแสงและกรวยเสียง

ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกไม่ได้สร้างลำแสงตรงที่แคบอย่างไม่มีที่สิ้นสุด โดยจะแผ่พลังงานเสียงผ่านกรวยเสียงสามมิติที่มีกลีบหลักและกลีบด้านข้างที่เล็กกว่า

ลำแสงที่กว้างขึ้นสามารถตรวจจับวัตถุในพื้นที่ขนาดใหญ่ แต่ยังอาจได้รับแสงสะท้อนที่ไม่ต้องการจากผนัง ฉากยึด ท่อ หรือพื้นผิวตู้ที่อยู่ใกล้เคียง ลำแสงที่แคบกว่าช่วยให้เลือกทิศทางได้ดีขึ้น แต่ต้องมีการจัดตำแหน่งเซ็นเซอร์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น

ความจุและแรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์

ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกเพียโซอิเล็กทริกทำงานเป็นโหลดไฟฟ้าแบบคาปาซิทีฟเป็นส่วนใหญ่ ความจุของมันส่งผลต่อกระแสของไดรเวอร์ การจับคู่อิมพีแดนซ์ การสูญเสียการสวิตชิ่ง และการออกแบบวงจรเรโซแนนซ์

แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ต้องอยู่ภายในขีดจำกัดต่อเนื่องที่กำหนดและพัลส์ไดรฟ์ของทรานสดิวเซอร์ แรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์ที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดความร้อนสูงเกิน ดีโพลาไรซ์ ความเสียหายทางกล หรืออายุการใช้งานสั้นลง

อุณหภูมิการทำงานและการเก็บรักษา

อุณหภูมิส่งผลต่อความเร็วของเสียง คุณลักษณะเพียโซอิเล็กทริก เสียงสะท้อน ความไว วัสดุกาว และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ยืนยันทั้งช่วงอุณหภูมิการทำงานและช่วงอุณหภูมิในการจัดเก็บสำหรับเซ็นเซอร์รุ่นจริง

ปัจจัยที่ส่งผลต่อความแม่นยำในการวัดช่วงอัลตราโซนิก

อุณหภูมิอากาศ

อุณหภูมิเป็นหนึ่งในตัวแปรสิ่งแวดล้อมที่สำคัญที่สุดเนื่องจากอุณหภูมิจะเปลี่ยนความเร็วของเสียง การประมาณที่ใช้โดยทั่วไปสำหรับอากาศแห้งใกล้กับสภาวะบรรยากาศปกติคือ:

ระบบที่ถือว่า 343 เมตร/วินาทีเสมอสามารถทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนของระยะทางที่วัดได้เมื่ออุณหภูมิจริงเปลี่ยนแปลง สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสัมบูรณ์ที่มั่นคง ให้วางเซ็นเซอร์อุณหภูมิใกล้กับเส้นทางเสียงและอัปเดตการคำนวณความเร็วของเสียง

ขนาดเป้าหมายและพื้นที่ผิว

โดยทั่วไปแล้วเป้าหมายขนาดใหญ่จะส่งพลังงานเสียงกลับมามากกว่าเป้าหมายขนาดเล็ก ชิ้นงานที่แคบกว่ากรวยเสียงที่ทำงานอยู่อาจทำให้เกิดเสียงสะท้อนที่อ่อนแอหรือปล่อยให้เซ็นเซอร์ตรวจจับวัตถุขนาดใหญ่ที่อยู่ด้านหลังได้

โดยทั่วไปค่าช่วงสูงสุดจะวัดโดยใช้เป้าหมายอ้างอิงแบบเรียบที่ระบุ ระยะการใช้งานจริงสำหรับสายไฟขนาดเล็ก ท่อแคบ วัตถุโค้ง หรือชิ้นส่วนที่ผิดปกติอาจสั้นกว่า

มุมเป้าหมายและการวางแนวพื้นผิว

ชิ้นงานที่เรียบและเรียบจะให้แรงกลับที่แข็งแกร่งที่สุดเมื่อพื้นผิวตั้งฉากกับแกนเซ็นเซอร์โดยประมาณ หากพื้นผิวเอียง พลังงานเสียงส่วนใหญ่อาจสะท้อนออกจากตัวรับ

พื้นผิวที่ขรุขระจะกระจายเสียงไปหลายทิศทางและอาจทนต่อการเปลี่ยนแปลงเชิงมุมได้มากกว่า แต่พลังงานที่ส่งคืนสามารถคาดเดาได้น้อยกว่า

วัสดุเป้าหมายและการดูดซับเสียง

พื้นผิวแข็ง เช่น โลหะ แก้ว พลาสติกแข็ง ไม้ และพื้นผิวของเหลวสงบ มักให้แสงสะท้อนที่เป็นประโยชน์ วัสดุที่อ่อนนุ่ม มีรูพรุน หรือมีเส้นใย เช่น โฟม ผ้าหนา ผ้าฝ้าย และฉนวนหลวมสามารถดูดซับพลังงานล้ำเสียงและลดระยะการตรวจจับได้

วัตถุโปร่งใสมักตรวจพบได้เนื่องจากอัลตราซาวนด์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความโปร่งใสที่มองเห็นได้ อย่างไรก็ตาม พื้นผิวกระจกหรือพลาสติกที่เรียบยังคงต้องการมุมที่เหมาะสมเพื่อสะท้อนเสียงกลับไปยังเซ็นเซอร์

โซนตาบอดและระยะการวัดขั้นต่ำ

วัตถุที่อยู่ภายในโซนตาบอดที่ระบุไม่สามารถวัดได้อย่างน่าเชื่อถือ เซ็นเซอร์อาจไม่รายงานเป้าหมาย ค่าที่ไม่เสถียร หรือระยะทางผิดพลาดที่เกิดจากเสียงกริ่งและการสะท้อนภายใน

การติดตั้งจะต้องรักษาเป้าหมายที่คาดหวังไว้ใกล้ที่สุดให้เกินกว่าระยะการตรวจจับขั้นต่ำที่ระบุไว้ในเอกสารข้อมูลเซนเซอร์หรือโมดูลขั้นสุดท้าย

การไล่ระดับลม การไหลของอากาศ และการไล่ระดับอุณหภูมิ

การไหลเวียนของอากาศที่รุนแรงสามารถเปลี่ยนเส้นทางเสียงที่มีประสิทธิภาพได้ ในขณะที่การไล่ระดับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วอาจทำให้คลื่นเสียงโค้งงอหรือเปลี่ยนความเร็วการแพร่กระจายไปตามเส้นทางการวัด

หลีกเลี่ยงการติดตั้งเซ็นเซอร์วัดระยะที่มีความแม่นยำสูงใกล้กับช่องจ่ายลมร้อน พัดลมระบายความร้อน ช่องระบายไอน้ำ หรือแหล่งความร้อนที่ผันผวนอย่างรวดเร็ว

ความชื้น ฝน และการควบแน่น

โดยทั่วไปความชื้นปานกลางจะมีผลน้อยกว่าอุณหภูมิ แต่ความชื้นยังคงส่งผลต่อการลดทอนเสียงและการทำงานของเซ็นเซอร์ หยดน้ำ การควบแน่น น้ำแข็ง หรือการปนเปื้อนบนใบหน้าของทรานสดิวเซอร์อาจปิดกั้นหรือบิดเบือนเส้นทางเสียง

การใช้งานกลางแจ้งหรือมีความชื้นสูงควรใช้ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกที่ปิดผนึกหรือกันน้ำอย่างเหมาะสม แทนที่จะคิดว่าเซ็นเซอร์แบบเปิดได้รับการปกป้องสิ่งแวดล้อม

ภาพสะท้อนหลายภาพและโครงสร้างใกล้เคียง

ผนัง ขายึด ฝาครอบป้องกัน ขอบถัง และโครงเครื่องจักรสามารถส่งเสียงสะท้อนที่ไม่พึงประสงค์ได้ การสะท้อนเหล่านี้อาจมาถึงก่อนหรือหลังเสียงก้องของเป้าหมายที่ต้องการ และทำให้เกิดการวัดที่ผิดพลาด

รักษากรวยเสียงหลักให้ชัดเจน และทดสอบชุดเซนเซอร์ทั้งหมดในกล่องปิดสุดท้าย แทนที่จะประเมินเฉพาะทรานสดิวเซอร์เปลือย

Crosstalk ล้ำเสียงระหว่างเซ็นเซอร์

เมื่อเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกหลายตัวทำงานใกล้กัน เครื่องรับตัวหนึ่งอาจตรวจจับพัลส์ที่ส่งโดยเซ็นเซอร์ตัวอื่น สิ่งนี้เรียกว่าอะคูสติกครอสทอล์ค และสามารถสร้างการอ่านระยะทางที่ไม่ถูกต้องได้

ใช้การทริกเกอร์แบบซิงโครไนซ์ การวัดตามลำดับ ระยะห่างที่เหมาะสม การแยกเสียงทางกายภาพ หรือวิธีการส่งสัญญาณแบบเข้ารหัสเพื่อลดการรบกวน

วิธีการปรับปรุงความแม่นยำในการวัดระยะทางอัลตราโซนิก

1. ใช้การชดเชยอุณหภูมิ วัดอุณหภูมิอากาศใกล้กับเส้นทางเสียงและอัปเดตการคำนวณความเร็วของเสียง

2. ให้เป้าหมายอยู่นอกเขตตาบอด ตรวจสอบระยะการวัดต่ำสุดภายใต้แรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์และสภาวะวงจรที่เกิดขึ้นจริง

3. จัดตำแหน่งเป้าหมายให้ถูกต้อง วางตำแหน่งชิ้นงานที่ราบเรียบและเรียบให้ใกล้เคียงที่สุดในทางปฏิบัติจนถึงตั้งฉากกับแกนเซ็นเซอร์

4. รักษากรวยเสียงให้ชัดเจน ป้องกันไม่ให้ฉากยึด ฝาครอบ และผนังของตู้เข้าสู่พื้นที่การตรวจจับ

5. ใช้การกรองแบนด์พาส กรองความถี่การทำงานของทรานสดิวเซอร์เพื่อลดเสียงรบกวนทางไฟฟ้าและเสียงอะคูสติกบรอดแบนด์

6. ใช้การกรองค่าเฉลี่ยดิจิทัลหรือการกรองค่ามัธยฐาน การวัดหลายครั้งสามารถลดสัญญาณรบกวนแบบสุ่มและปฏิเสธค่าผิดปกติที่แยกออกมาได้

7. ควบคุมระยะเวลาของเครื่องส่งสัญญาณ ปล่อยให้มีเวลาเพียงพอเพื่อให้เสียงสะท้อนก่อนหน้าหายไปก่อนที่จะส่งพัลส์อื่น

8. ซิงโครไนซ์เซ็นเซอร์หลายตัว ทริกเกอร์เซ็นเซอร์ตามลำดับหรือใช้วิธีการซิงโครไนซ์แบบควบคุมเพื่อลดสัญญาณรบกวน

9. ปรับเทียบชุดประกอบทั้งหมด ทดสอบเซ็นเซอร์ กรอบหุ้ม โครงสร้างการติดตั้ง และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ร่วมกันที่ระยะทางที่ทราบ

10. ทดสอบเป้าหมายตัวแทน ตรวจสอบประสิทธิภาพโดยใช้ขนาดวัตถุ วัสดุ มุม ความเร็ว และสภาพแวดล้อมตามจริง

ประเภทของเซนเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิก

ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกชนิดเปิด

เซนเซอร์อัลตราโซนิกแบบเปิดโดยปกติจะใช้ตัวเครื่องโลหะที่มีช่องเปิดเสียง โดยทั่วไปจะเลือกใช้สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในอาคาร บอร์ดพัฒนา หุ่นยนต์ การตรวจจับวัตถุ และระบบการวัดระยะทางที่คำนึงถึงต้นทุน

สามารถส่งผ่านเสียงได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่โดยทั่วไปไม่ได้ออกแบบมาเพื่อให้สัมผัสกับฝน ละอองน้ำ การควบแน่น หรือการปนเปื้อนอย่างรุนแรง เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกกันน้ำ

ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกกันน้ำหรือทนต่อสภาพอากาศใช้พื้นผิวด้านหน้าแบบปิดผนึกและตัวเรือนป้องกัน เหมาะสำหรับระบบที่จอดรถยานยนต์ อุปกรณ์กลางแจ้ง การวัดระดับของเหลว ผลิตภัณฑ์รักษาความปลอดภัย และการใช้งานในอุตสาหกรรมที่ต้องสัมผัสกับฝุ่นหรือความชื้น

โครงสร้างการป้องกันจะเปลี่ยนการตอบสนองทางเสียง ดังนั้นรุ่นกันน้ำจะต้องจับคู่กับความถี่ไดรฟ์ แรงดันไฟฟ้า และวงจรรับที่เหมาะสม

โมดูลเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกในตัว

โมดูลวัดระยะอัลตราโซนิกในตัวจะรวมทรานสดิวเซอร์ตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไปเข้ากับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการส่งสัญญาณ การรับเครื่องขยายสัญญาณ การประมวลผลสัญญาณ และอินเทอร์เฟซเอาท์พุตดิจิทัลหรืออนาล็อก

โมดูลทำให้การพัฒนาระบบง่ายขึ้น แต่ให้การควบคุมรูปคลื่นภายใน อัลกอริธึมเกนและการตรวจจับน้อยกว่าวงจรที่ใช้ทรานสดิวเซอร์แบบกำหนดเอง

เซนเซอร์อัลตราโซนิกความถี่สูง

ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกความถี่สูงมีความยาวคลื่นสั้นกว่าและอาจรองรับการตรวจจับคุณสมบัติที่เล็กกว่าหรือการวัดพิเศษเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม เสียงที่มีความถี่สูงกว่าโดยทั่วไปจะถูกลดทอนลงอย่างแรงกว่าในอากาศ ซึ่งสามารถลดระยะการตรวจจับในทางปฏิบัติได้

ควรเลือกความถี่ตามช่วง ขนาดเป้าหมาย ความละเอียด เส้นผ่านศูนย์กลางของทรานสดิวเซอร์ การลดทอนของสภาพแวดล้อม และแบนด์วิธของระบบ แทนที่จะคิดว่าความถี่ที่สูงกว่าจะดีกว่าเสมอ

ข้อดีและข้อจำกัดของเซนเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิก

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกเทียบกับเซ็นเซอร์อินฟราเรด โฟโตอิเล็กทริค และ LiDAR

ไม่มีเทคโนโลยีการตรวจจับเดี่ยวใดที่เหมาะสำหรับทุกการใช้งาน ตัวเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับเป้าหมาย ระยะที่ต้องการ ความเร็วตอบสนอง ความละเอียด สภาพแสง การเปิดรับแสงต่อสิ่งแวดล้อม และต้นทุนของระบบ

การใช้งานทั่วไปของเซนเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิก

การตรวจจับอุปสรรคและการนำทางของหุ่นยนต์

หุ่นยนต์เคลื่อนที่ ยานพาหนะนำทางอัตโนมัติ หุ่นยนต์บริการ และแพลตฟอร์มการศึกษาใช้เซ็นเซอร์อัลตราโซนิคเพื่อตรวจจับผนัง อุปกรณ์ ผู้คน และสิ่งกีดขวางอื่นๆ โดยไม่ต้องสัมผัสกัน

ระบบช่วยเหลือในการจอดรถ

ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกแบบกันน้ำที่ติดตั้งในกันชนรถยนต์จะวัดระยะห่างจากสิ่งกีดขวางในบริเวณใกล้เคียง และรองรับระบบเตือนการจอดรถ การเคลื่อนตัวด้วยความเร็วต่ำ และการแจ้งเตือนบริเวณใกล้เคียง

การวัดระดับของเหลว

เซ็นเซอร์ระดับอัลตราโซนิกหันลงจะวัดระยะห่างจากเซ็นเซอร์ถึงพื้นผิวของเหลว ตัวควบคุมสามารถคำนวณความสูงของของเหลวที่เหลืออยู่ได้เมื่อทราบขนาดถังและตำแหน่งของเซ็นเซอร์

โฟม ไอ การกวน พื้นผิวของเหลวที่ทำมุม และโครงสร้างถังภายในควรได้รับการประเมินในระหว่างการทดสอบการใช้งาน

การตรวจจับวัตถุทางอุตสาหกรรม

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสามารถตรวจจับผลิตภัณฑ์บนสายพานลำเลียง ติดตามความสูงของปึก ยืนยันการมีส่วนประกอบ นับจำนวนภาชนะ และตรวจจับขวดหรือฟิล์มใสที่อาจเป็นเรื่องยากสำหรับเซ็นเซอร์ออปติคอลมาตรฐาน

ประตูอัตโนมัติและระบบรักษาความปลอดภัย

การตรวจจับด้วยอัลตราโซนิกสามารถระบุการเคลื่อนไหวหรือการมีอยู่ใกล้ประตู ทางเข้า พื้นที่หวงห้าม และระบบเตือนภัยโดยไม่ต้องใช้แสงสว่างที่มองเห็นได้

ความสูงของโดรนและการให้ความช่วยเหลือในการลงจอด

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกระยะสั้นสามารถวัดระยะห่างระหว่างโดรนกับพื้นระหว่างการโฉบหรือลงจอดในระดับความสูงต่ำ ต้องพิจารณาการไหลของอากาศของโรเตอร์ มุมพื้นผิว หญ้า และเสียงรบกวน

เครื่องใช้ไฟฟ้าอัจฉริยะและอุปกรณ์สุขภัณฑ์

การตรวจจับความใกล้ชิดด้วยคลื่นอัลตราโซนิคสามารถรวมเข้ากับเครื่องจ่าย เครื่องใช้ในครัวเรือน แผงควบคุม ถังขยะ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่ต้องการการเปิดใช้งานหรือการตรวจสอบระดับโดยไม่ต้องสัมผัส

วิธีการเลือกเซนเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิก

การเลือกเซนเซอร์อัลตราโซนิคที่เหมาะสมต้องอาศัยมากกว่าการเลือกความถี่ จัดเตรียมเงื่อนไขการใช้งานที่สมบูรณ์แก่ซัพพลายเออร์ เพื่อให้สามารถประเมินการออกแบบด้านเสียง ไฟฟ้า และเครื่องกลร่วมกันได้

รายการตรวจสอบการติดตั้งเซนเซอร์อัลตราโซนิก

• เก็บกรวยเสียงให้ห่างจากผนังตู้และฉากยึด

• อย่าปิดช่องเปิดเสียงด้วยพลาสติกธรรมดา ผ้าหนา หรือตาข่ายที่ไม่เหมาะสม

• รักษาเป้าหมายที่ใกล้ที่สุดไว้นอกเขตอันตรายที่ระบุ

• วางแนวชิ้นงานที่เรียบให้ใกล้กับแนวตั้งฉากกับแกนการตรวจจับมากที่สุด

• ใช้การแยกการสั่นสะเทือนเมื่อติดตั้งเซ็นเซอร์ใกล้กับมอเตอร์ ปั๊ม หรือแอคทูเอเตอร์แบบกลไก

• เก็บร่องรอยการสวิตชิ่งกระแสสูงและวงจรไฟฟ้าที่มีเสียงดังให้ห่างจากอินพุตของตัวรับสัญญาณ

• ใช้การต่อสายดิน การป้องกัน และการกรองที่เหมาะสมสำหรับสัญญาณเสียงสะท้อนที่อ่อน

• ป้องกันไม่ให้น้ำ น้ำแข็ง น้ำมัน หรือการปนเปื้อนอย่างหนักสะสมบนใบหน้าทรานสดิวเซอร์

• กระตุ้นเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกที่อยู่ติดกันตามลำดับเพื่อลดการรบกวนทางเสียง

• ปรับเทียบและตรวจสอบเซ็นเซอร์หลังจากติดตั้งในตัวเครื่องขั้นสุดท้ายของผลิตภัณฑ์

การเลือกเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก 40 kHz จาก Manorshi

Manorshi นำเสนอผลิตภัณฑ์อัลตราโซนิกชนิดเปิด กันน้ำ ความถี่สูง ระบบช่วยจอดรถ และผลิตภัณฑ์อัลตราโซนิคตรวจจับระดับสำหรับผู้ผลิต นักพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และซัพพลายเออร์อุปกรณ์อุตสาหกรรม

พารามิเตอร์การประเมินที่ใช้ได้อาจรวมถึงความถี่กลาง ระดับความดันเสียง ความไวในการรับ มุมลำแสง ความจุไฟฟ้า เวลาเสียงกริ่ง อุณหภูมิการทำงาน ขนาดตัวเครื่อง ขั้วต่อ สายไฟ และการปกป้องสิ่งแวดล้อม

ดู เครื่องส่งและรับสัญญาณอัลตราโซนิกกันน้ำ 40 kHz หรือเรียกดูแบบสมบูรณ์ เซ็นเซอร์อัลตราโซนิก Manorshi.

สำหรับการใช้งานใหม่ ให้ระบุช่วงการวัดที่ต้องการ วัสดุเป้าหมาย สภาพแวดล้อมการทำงาน แรงดันไฟฟ้า มุมลำแสง ขนาด ปริมาณต่อปี และเอาต์พุตที่คาดหวัง ติดต่อ Manorshi เพื่อหารือเกี่ยวกับการเลือกเซ็นเซอร์ ตัวอย่าง หรือข้อกำหนดของทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกที่ปรับแต่งเอง

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับเซนเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิก

เซนเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิกคืออะไร?

เซ็นเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิกเป็นอุปกรณ์แบบไม่สัมผัสซึ่งปล่อยพัลส์อัลตราโซนิก ตรวจจับเสียงสะท้อนที่สะท้อน และคำนวณระยะทางถึงเป้าหมายจากเวลาการเดินทางไปกลับของเสียง

สูตรการวัดระยะทางอัลตราโซนิกคืออะไร?

สูตรพื้นฐานคือ ระยะทาง = เวลาเสียงสะท้อน × ความเร็วของเสียง ÷ 2 การคำนวณจะหารด้วยสองเนื่องจากเวลาที่วัดได้รวมการเดินทางออกไปสู่เป้าหมายและการเดินทางกลับไปสู่ผู้รับ

เหตุใดเซ็นเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิกหลายตัวจึงได้รับการจัดอันดับที่ 40 kHz

สี่สิบกิโลเฮิรตซ์ให้ความสมดุลในทางปฏิบัติระหว่างขนาดทรานดิวเซอร์ เอาต์พุตเสียง การลดทอนของอากาศ ความพร้อมใช้งานของส่วนประกอบ และการตรวจจับระยะใกล้ถึงปานกลาง เป็นเรื่องปกติแต่ไม่เหมาะกับทุกการใช้งาน

อะไรคือความแตกต่างระหว่างเซ็นเซอร์อัลตราโซนิคและทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิก?

ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกเป็นส่วนประกอบระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นอัลตราซาวนด์หรืออัลตราซาวนด์เป็นสัญญาณไฟฟ้า เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกอาจหมายถึงทรานสดิวเซอร์เพียงอย่างเดียวหรือหมายถึงโมดูลที่สมบูรณ์ซึ่งประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์ ตัวขับ เครื่องรับ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในการประมวลผลสัญญาณ

จุดบอดของเซนเซอร์อัลตราโซนิกคืออะไร?

โซนตาบอดเป็นพื้นที่ต่ำสุดด้านหน้าเซนเซอร์ซึ่งไม่สามารถวัดระยะทางได้อย่างน่าเชื่อถือ สาเหตุหลักมาจากเสียงกริ่งของทรานสดิวเซอร์ เวลาในการฟื้นตัวของวงจร และสัญญาณที่ส่งแรงซึ่งปิดบังเสียงสะท้อนที่ใกล้เคียง

อุณหภูมิส่งผลต่อการวัดระยะทางอัลตราโซนิกอย่างไร?

อุณหภูมิเปลี่ยนความเร็วของเสียงในอากาศ หากการคำนวณใช้ความเร็วเสียงคงที่ในขณะที่อุณหภูมิจริงเปลี่ยนแปลง ระยะทางที่รายงานจะมีข้อผิดพลาดตามสัดส่วน การชดเชยอุณหภูมิช่วยเพิ่มความแม่นยำสัมบูรณ์

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสามารถตรวจจับกระจกใสหรือพลาสติกได้หรือไม่

ใช่. การตรวจจับด้วยอัลตราโซนิกไม่ต้องอาศัยการสะท้อนของแสงที่มองเห็นได้ จึงสามารถตรวจจับวัสดุโปร่งใสได้หลายชนิด อย่างไรก็ตาม จะต้องวางพื้นผิวโปร่งใสที่เรียบในมุมที่เหมาะสม เพื่อให้เสียงก้องสะท้อนกลับไปยังเครื่องรับ

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสามารถตรวจจับวัสดุอ่อนได้หรือไม่

อาจตรวจจับได้ แต่วัสดุที่อ่อนนุ่ม มีรูพรุน และเป็นเส้นใยสามารถดูดซับพลังงานล้ำเสียงและสร้างเสียงสะท้อนที่อ่อนแอได้ ช่วงที่มีประสิทธิภาพควรทดสอบโดยใช้วัสดุจริง ความหนา และสภาพพื้นผิว

เซ็นเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิกสามารถวัดระดับของเหลวได้หรือไม่

ใช่. เซ็นเซอร์ที่ติดตั้งอยู่เหนือถังสามารถวัดระยะห่างจากพื้นผิวของเหลวได้โดยไม่ต้องสัมผัสของเหลว โดยทั่วไปพื้นผิวที่สงบจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าพื้นผิวที่เกิดฟอง ปั่นป่วน เป็นมุมหรือมีไอน้ำปกคลุมหนาแน่น

สีของเป้าหมายส่งผลต่อเซนเซอร์อัลตราโซนิกหรือไม่

โดยปกติสีของชิ้นงานจะมีผลโดยตรงเพียงเล็กน้อย เนื่องจากเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกใช้เสียงมากกว่าแสงที่มองเห็นได้ มุมพื้นผิว ความแข็ง ขนาด พื้นผิว และการดูดซับเสียงมักจะมีความสำคัญมากกว่า

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิคสามารถทำงานในที่มืด ฝุ่น หรือหมอกได้หรือไม่

ความมืดไม่ส่งผลต่อการตรวจจับด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ฝุ่นหรือหมอกปานกลางอาจส่งผลกระทบน้อยกว่าเซ็นเซอร์ออปติคัล แต่ฝุ่นหนัก หยดน้ำ การควบแน่น หรือวัสดุที่ปกคลุมใบหน้าทรานสดิวเซอร์ยังคงลดประสิทธิภาพลง

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิคสามารถทำงานในสุญญากาศได้หรือไม่?

ไม่ เสียงอัลตราโซนิกเป็นคลื่นกลและต้องใช้ตัวกลาง เช่น อากาศ แก๊ส ของเหลว หรือของแข็งในการแพร่กระจาย เซนเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิกคู่อากาศแบบธรรมดาไม่สามารถทำงานในสุญญากาศได้

เหตุใดเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกจึงอ่านค่าได้ไม่เสถียร

สาเหตุที่พบบ่อย ได้แก่ เป้าหมายภายในโซนตาบอด การสะท้อนเสียงที่อ่อนแอ เป้าหมายที่ทำมุมหรือเคลื่อนที่ เสียงสะท้อนของโครงสร้างใกล้เคียง สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า ความแปรผันของอุณหภูมิ การไหลของอากาศ การปนเปื้อนของทรานสดิวเซอร์ และการรบกวนจากเซ็นเซอร์อัลตราโซนิคอื่นๆ

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกหลายตัวทำงานโดยไม่มีการรบกวนได้อย่างไร

กระตุ้นเซ็นเซอร์ตามลำดับและเผื่อเวลาให้เพียงพอสำหรับพัลส์ที่ส่งแต่ละอันและเสียงสะท้อนของพัลส์ก่อนที่จะเปิดใช้งานเซ็นเซอร์ตัวถัดไป การซิงโครไนซ์ ระยะห่าง การแยกเสียง และสัญญาณที่เข้ารหัสยังสามารถลดครอสทอล์คได้

ฉันควรเลือกมุมลำแสงแบบใดสำหรับเซนเซอร์วัดระยะอัลตราโซนิก

เลือกลำแสงที่กว้างขึ้นเมื่อตำแหน่งเป้าหมายเปลี่ยนแปลงหรือต้องการพื้นที่การตรวจจับที่ใหญ่ขึ้น เลือกลำแสงที่แคบลงเมื่อต้องแยกวัตถุใกล้เคียงออกหรือจำเป็นต้องวัดทิศทางเพิ่มเติม ประเมินการตอบสนองของกรวยเสียงที่สมบูรณ์ แทนที่จะประเมินเพียงมุมที่กำหนดเพียงมุมเดียว

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกแบบเปิดหรือแบบกันน้ำดีกว่ากันหรือไม่

เซ็นเซอร์แบบเปิดเหมาะสำหรับการใช้งานภายในอาคารที่ได้รับการป้องกัน และสามารถให้ประสิทธิภาพเสียงที่มีประสิทธิภาพ เซ็นเซอร์กันน้ำเหมาะสำหรับยานยนต์ กลางแจ้ง ระดับของเหลว หรือมีความชื้นสูง ตัวเลือกที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับการสัมผัสสิ่งแวดล้อม ช่วง และข้อกำหนดทางกล

ข้อมูลใดบ้างที่จำเป็นสำหรับเซนเซอร์อัลตราโซนิกแบบกำหนดเอง

ระบุความถี่กลาง, ช่วงการวัด, รายละเอียดเป้าหมาย, มุมลำแสงที่ต้องการ, การส่ง SPL, ความไวในการรับสัญญาณ, แรงดันไฟฟ้าของไดรฟ์, ประเภทวงจร, อุณหภูมิการทำงาน, ข้อกำหนดในการกันน้ำ, ขนาด, วิธีการติดตั้ง, ขั้วต่อ, ความยาวสายเคเบิล, ขั้วต่อ, ข้อกำหนดการรับรอง และปริมาณการสั่งซื้อรายปี