Görüntüleme: 585 Yazar: Site Editörü Yayınlanma Zamanı: 2020-05-21 Kaynak: Alan
Ultrasonik sensörler, nesneleri algılamak, mesafeyi ölçmek, sıvı seviyesini izlemek ve malzeme konumunu belirlemek için yüksek frekanslı ses dalgalarını kullanan temassız sensörlerdir. İmalat, güç sistemleri, metalurji, inşaat malzemeleri, kimyasallar, gıda işleme, otomobiller, depolama, gemiler, tekstiller, ulaşım, robotik, sıvı seviyesi izleme, açık kanal akış tespiti ve endüstriyel otomasyon alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadırlar.
Ultrasonik sensörlerin temel avantajları, yüksek ölçüm doğruluğu, kararlı çalışma, temassız algılama, güçlü yönsellik ve birçok sıvı ve katı malzemeyle çalışabilme yeteneğidir. Ancak ultrasonik sensörlerin sabit frekans aralığı, nispeten yüksek sürüş voltajı, kör bölgeler, sınırlı aralık ve sıcaklığa, yumuşak malzemelere, hava akışına ve kurulum koşullarına duyarlılık gibi sınırlamaları da vardır.
Ultrasonik sensör, ultrasonik dalgaları ileterek ve yansıyan yankıyı alarak çalışır. Sensör hedefe doğru yüksek frekanslı bir ses darbesi gönderir. Ses dalgası nesnenin yüzeyine ulaştığında dalganın bir kısmı alıcıya geri yansıtılır. Sensör daha sonra iletim ve alım arasındaki süreye göre mesafeyi veya konumu hesaplar.
Ultrasonik prob genellikle piezoelektrik seramik elemanlara dayanır. Bu piezoelektrik elemanlar, ultrasonik dalgaları iletmek için elektrik enerjisini mekanik titreşime dönüştürebildiği gibi, alınan titreşimi de tekrar elektrik sinyallerine dönüştürebilmektedir.
Uygulanan darbe sinyali piezoelektrik elemanın doğal rezonans frekansıyla eşleştiğinde, eleman güçlü bir şekilde titreşir ve ultrasonik dalgalar üretir. Yansıyan dalgalar proba geri döndüğünde, piezoelektrik eleman titreşimi alır ve onu analiz için bir elektrik sinyaline dönüştürür.
| Avantaj | Neden Önemlidir |
|---|---|
| Temassız ölçüm | Sensör, nesneleri dokunmadan algılayabilir; bu da kırılgan, hareketli, sıcak veya aşındırıcı malzemeler için kullanışlıdır. |
| Birçok malzemeyle çalışır | Ultrasonik sensörler, optik sensörler için zor olan opak malzemeler de dahil olmak üzere birçok sıvı ve katı maddeyi ölçebilir. |
| Renk veya şeffaflıktan etkilenmez | Algılama ses yansımasına dayalı olduğundan, hedef renk ve şeffaflığın ölçüm üzerinde genellikle çok az etkisi vardır. |
| İyi yönlülük | Ultrasonik dalgalar kısa dalga boylarına ve güçlü yönlülüğe sahiptir, bu da onları mesafe ve seviye ölçümü için uygun kılar. |
| Karanlık ortamlarda çalışabilir | Optik sensörlerin aksine ultrasonik sensörler görünür ışığa bağlı değildir. |
| Toz, duman veya siste kullanışlıdır | Birçok ultrasonik sensör tozlu, dumanlı veya ışığın az olduğu ortamlarda optik sensörlerden daha iyi performans gösterebilir. |
| Dezavantajın | Uygulamaya Etkisi |
|---|---|
| Sabit frekans aralığı | 40 kHz'lik bir sensör genellikle yalnızca yaklaşık 38-42 kHz gibi tasarlanmış frekans aralığının yakınında çalışır. |
| Daha yüksek sürüş voltajı | Bazı ultrasonik dönüştürücüler tepeden tepeye yüksek voltaj gerektirir, bu nedenle düşük voltajlı devreler bir yükseltme devresine veya transformatöre ihtiyaç duyabilir. |
| Sıcaklık etkisi | Sesin hızı hava sıcaklığına göre değişir ve bu durum mesafe ölçümünün doğruluğunu etkileyebilir. |
| Yumuşak malzemeler sesi emer | Köpük, kumaş ve diğer yumuşak yüzeyler ultrasonik dalgaları emebilir ve yankı gücünü azaltabilir. |
| Kör bölge | Sensöre çok yakın olan nesneler minimum algılama mesafesinin içinde olabilir ve doğru şekilde ölçülemeyebilir. |
| Sınırlı aralık | Ultrasonik dalgalar mesafeye bağlı olarak zayıflar, dolayısıyla sensör aralığı frekans, güç, hedef yüzey ve çevre ile sınırlıdır. |
Ultrasonik dalgalar yüksek frekansa, kısa dalga boyuna, küçük kırınıma, güçlü yönlülüğe ve birçok sıvı ve katı maddeye iyi nüfuz etme özelliğine sahiptir. Ultrasonik dalgalar bir yabancı madde, sınır veya malzeme arayüzüyle karşılaştığında tespit edilip analiz edilebilecek yansıyan yankılar üretirler.
Ultrasonik sensörler ayrıca hareketli nesneler için Doppler tabanlı algılamayı da destekleyebilir. Bu, ultrasonik teknolojiyi mesafe ölçümü, sıvı seviyesi ölçümü, nesne tespiti, akış izleme, kusur tespiti, robot teknolojisi, park yardımı, endüstriyel otomasyon ve tıbbi ekipmanlarda faydalı kılar.
Düşük güçlü ultrasonik problar genellikle tespit ve ölçüm için kullanılır. Dalga tipine ve yapısına bağlı olarak ultrasonik problar, uzunlamasına dalgalar için düz probları, enine dalgalar için eğik probları, yüzey dalgası problarını, Lamb dalga problarını ve bir elemanın ilettiği ve diğerinin aldığı ikili probları içerebilir.
Endüstriyel ve tüketici uygulamalarına yönelik yaygın ürünler arasında açık tip ultrasonik sensörler, su geçirmez ultrasonik sensörler, yüksek frekanslı ultrasonik sensörler, park sensörleri ve seviye sensörleri bulunur. Doğru seçim menzile, frekansa, muhafazaya, su geçirmezlik derecesine, hedef malzemeye ve kurulum ortamına bağlıdır.
Ultrasonik sensörün doğruluğu frekansa, hassasiyete, sürüş voltajına, hedef yüzeye, hava sıcaklığına, neme, hava akışına, kurulum açısına ve yankı sinyali işlemeye bağlıdır. Sıcaklık telafisine sahip bir sensör, ses hızındaki değişikliklerin neden olduğu hatayı azaltabilir.
Hassasiyet esas olarak piezoelektrik elemana bağlıdır. Daha büyük bir elektromekanik bağlantı katsayısı genellikle daha yüksek hassasiyet anlamına gelir. Daha yüksek hassasiyet, sensörün daha zayıf yankılar almasına yardımcı olur ancak nihai performans yine de tam devre tasarımına ve uygulama ortamına bağlıdır.
Ultrasonik sensörler endüstriyel ölçüm, tarım, hafif sanayi, tıbbi ekipman, park sistemleri, robotik, güvenlik sistemleri, seviye izleme, nesne algılama ve tahribatsız muayene alanlarında kullanılmaktadır. İnsan kulağının duyamayacağı sesleri ve yankıları algılayabilir ve ardından bu bilgiyi kullanışlı mesafe, konum veya malzeme verilerine dönüştürebilirler.
Pratik uygulamalarda ultrasonik ölçüm, engellerden kaçınma, tank seviyesi ölçümü, açık kanal akış tespiti, araç geri vites yardımı, robot navigasyonu, malzeme konumlandırma ve metal veya katı yapılardaki kusur tespiti için kullanılabilir.
Ultrasonik sensör seçerken öncelikle algılama mesafesini, kör bölgeyi, hedef malzemeyi, gerekli doğruluğu, çalışma frekansını, sürüş voltajını, ışın açısını, tepki süresini, su geçirmezlik gereksinimini ve çalışma sıcaklığı aralığını onaylayın.
Dış mekan veya ıslak ortamlar için genellikle su geçirmez ultrasonik sensör tercih edilir. Kısa mesafeli hassas algılama için daha yüksek frekanslı bir sensör daha iyi çözünürlük sağlayabilir. Uzun mesafeli algılama için daha düşük frekans ve daha güçlü iletim gücü daha uygun olabilir.
Seri üretimden önce sensörü gerçek kurulum konumunda ve ortamda test edin. Montaj açısı, muhafaza açıklığı, hedef şekli, yakındaki engeller, sıcaklık değişimi ve elektriksel gürültünün tümü gerçek performansı etkileyebilir.
Ultrasonik sensörler birçok sıvı ve katı malzeme için doğru, kararlı ve temassız ölçüm sunar. Optik algılamanın renk, şeffaflık, karanlık, toz, duman veya yüzey yansımasından etkilendiği durumlarda özellikle kullanışlıdırlar.
Aynı zamanda ultrasonik sensörler her duruma uygun değildir. Mühendisler bir sensör seçmeden önce frekans, voltaj, hassasiyet, sıcaklık telafisi, kör bölge, menzil, hedef malzeme ve kurulum koşullarını dikkate almalıdır.
Ultrasonik bir sensör, yüksek frekanslı bir ses darbesi gönderip yansıyan yankıyı alarak mesafeyi ölçer. Mesafe, ses dalgasının hedefe gidip geri dönmesi için geçen süreden hesaplanır.
Ultrasonik sensörler uygun koşullarda, özellikle temassız mesafe ve seviye ölçümünde yüksek doğruluk sağlayabilir. Doğruluk sıcaklığa, neme, hedef yüzeye, sensör frekansına, kurulum açısına ve sinyal işlemeye bağlıdır.
Sıcaklık sesin havadaki hızını değiştirir. Sıcaklık değiştiğinde, sensör sıcaklık telafisini kullanmadığı veya sistem okumayı düzeltmediği sürece ölçülen mesafe değişebilir.
Temiz iç ortamlar ve kompakt ekipmanlar için açık tip ultrasonik sensörü seçin. Dış mekan, nemli, tozlu veya sıçramaya eğilimli ortamlar için su geçirmez bir ultrasonik sensör seçin.
Doğru frekansı kullanın, sensörü hedefle aynı hizada tutun, yakındaki engellerden kaçının, sabit sürüş voltajı sağlayın, sıcaklık telafisini kullanın ve sensörü son kurulum ortamında test edin.
