Görüntüleme: 352 Yazar: Site Editörü Yayınlanma Zamanı: 2020-05-22 Kaynak: Alan
Günlük üretimde ve yaşamda, ultrasonik mesafe sensörleri, araba geri vites radarı, robot engellerden kaçınma, inşaat ölçümü, sıvı seviyesi tespiti, kuyu derinliği ölçümü, boru hattı uzunluğu ölçümü ve diğer temassız mesafe ölçüm uygulamaları için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Çekirdek ultrasonik sensör ölçüm yöntemi, uçuş süresi ölçümüdür. Sensör ultrasonik bir darbe yayar, hedeften yansıyan yankıyı alır, gidiş-dönüş süresini ölçer ve ses hızına olan mesafeyi hesaplar.
Yaygın ultrasonik ölçüm sistemleri genellikle tek çipli bir mikrobilgisayar, yerleşik denetleyici veya CPLD'ye dayanır. Hangi kontrol platformu kullanılırsa kullanılsın, temel tasarım öncelikle ultrasonik yankı aralığını, ses hızını, sıcaklık telafisini, kör bölgeyi ve hedef yansıma koşullarını anlamalıdır.
Ultrasonik sensör, elektrik sinyallerini ultrasonik dalgalara dönüştürür ve alınan ultrasonik yankıları tekrar elektrik sinyallerine dönüştürür. Ultrasonik dalgalar, frekansı 20kHz'in üzerinde olan mekanik dalgalardır. Güçlü yönselliğe, yavaş enerji kaybına ve havada, sıvı veya katı ortamda nispeten uzun yayılma mesafesine sahiptirler.
Ultrasonik dalga bir engele, arayüze, sıvı yüzeye veya katı hedefe ulaştığında dalganın bir kısmı yankı olarak geri yansıtılır. Alıcı eleman bu yankıyı algılar ve kontrol devresi ölçülen seyahat süresine göre mesafeyi hesaplar.
Ultrasonik mesafe ölçümünün temassız olması, düşük maliyetli olması ve birçok malzemeye uyarlanabilmesi nedeniyle gerçek zamanlı yanıt, doğruluk, güvenilirlik ve fiyat arasında yararlı bir denge sağlar.
En yaygın ultrasonik ölçüm yöntemi, uçuş süresi veya ToF ölçümü olarak da adlandırılan gidiş-dönüş süresi algılama yöntemidir. Sensör tek yönde ultrasonik bir darbe gönderir ve zamanlamayı başlatır. Yankı geri geldiğinde sistem zamanlamayı durdurur ve tek yön mesafeyi hesaplar.
ise s Sensör ile ölçülen hedef arasındaki mesafe, t ölçülen gidiş-dönüş süresi ve v sesin yayılma hızı mesafe formülü şöyledir:
s = v × t / 2
Ultrasonik darbenin sensörden hedefe gitmesi ve ardından hedeften sensöre geri dönmesi nedeniyle 2'ye bölme gereklidir. Ölçülen süre tek yön seyahat süresi değil, toplam gidiş-dönüş süresidir.
Yüksek doğrulukta ultrasonik mesafe ölçümü için sıcaklık telafisi önemlidir çünkü sesin havadaki hızı sıcaklıkla değişir. Sıcak hava ses hızını artırırken soğuk hava azaltır.
Yaygın olarak kullanılan bir sıcaklık telafisi formülü şöyledir:
v = 331,4 + 0,607T
Bu formülde T °C cinsinden ortam sıcaklığı, v ise m/s cinsinden ses hızıdır. Sıcaklık telafisinin eklenmesi, özellikle dış mekan, endüstriyel veya değişken sıcaklık ortamlarında ölçüm hatasını azaltabilir.
| Yöntemi | Nasıl Çalışır | En İyi Kullanım |
|---|---|---|
| Uçuş süresi yöntemi | Ultrasonik iletim ile yankı alımı arasındaki süreyi ölçer. | Mesafe ölçümü, engel tespiti, sıvı seviyesi ölçümü. |
| Faz algılama yöntemi | Yayılan ve alınan dalgalar arasındaki faz farkına olan mesafeyi hesaplar. | Kısa menzilli ve daha yüksek çözünürlüklü ölçüm sistemleri. |
| Yankı genliği yöntemi | Yansıyan ultrasonik sinyalin gücünü analiz eder. | Hedef tespiti, malzeme yansıma analizi, sinyal kalitesi değerlendirmesi. |
| Faktörünün | Ölçüm Optimizasyonuna Etkisini | İpucu |
|---|---|---|
| Sıcaklık | Sesin hızını değiştirerek mesafe hatasına neden olur. | Kontrol algoritmasında sıcaklık telafisini kullanın. |
| Kör bölge | Dönüştürücünün çalması nedeniyle çok yakın hedefler doğru şekilde tespit edilemeyebilir. | Kısa mesafeli ölçüm için küçük bir kör alan ultrasonik sensörü seçin. |
| Hedef açısı | Açılı yüzeyler yankıyı alıcıdan uzağa yansıtabilir. | Sensörü hedef yüzeye mümkün olduğunca dik tutun. |
| Hedef malzeme | Yumuşak, gözenekli veya ses emici malzemeler yankı gücünü azaltır. | Ürün doğrulaması sırasında gerçek hedef malzemeyi test edin. |
| Çevresel gürültü | Diğer ultrasonik kaynaklar veya titreşim yanlış okumalara neden olabilir. | Filtreleme, koruma ve uygun örnekleme mantığını kullanın. |
| Su, toz ve korozyon | Zorlu ortamlar sensör ömrünü ve sinyal kalitesini azaltabilir. | Gerektiğinde suya ve korozyona dayanıklı ultrasonik sensörler kullanın. |
Yaygın bir ultrasonik ölçüm yapısı, bir verici kafa ve bir alıcı kafa kullanır. Verici ultrasonik dalgalar yayar ve alıcı yansıyan yankıyı algılar. Bu yapı basit olup birçok genel mesafe ölçümü uygulamasına uygundur.
Bazı sistemler, bir alıcı kafa ile birden fazla verici kafa veya bir dizi halinde düzenlenmiş birden fazla sensör modülü kullanır. Bu tasarım, algılama kapsamını iyileştirebilir, kör noktaları azaltabilir ve robot navigasyonu veya çok noktalı sıvı seviyesi algılama gibi daha karmaşık ölçüm senaryolarını destekleyebilir.
Araba geri vites radarı ve park yardım sistemleri.
Robot engellerden kaçınma ve otomatik navigasyon.
Tanklarda, konteynerlerde ve endüstriyel ekipmanlarda sıvı seviyesi ölçümü.
Kuyu derinliği, boru hattı uzunluğu ve şantiye ölçümü.
Otomasyon ekipmanlarında ve üretim hatlarında nesne tespiti.
Dış mekan veya nemli ortamlarda su geçirmez mesafe algılama.
Ultrasonik mesafe sensörleri, temassız ölçümü desteklemeleri, basit bir çalışma prensibine sahip olmaları ve renk veya şeffaflıktan bağımsız olarak birçok katı ve sıvı hedefi tespit edebilmeleri nedeniyle popülerdir. Ayrıca bazı optik veya lazer ölçüm çözümleriyle karşılaştırıldığında uygun maliyetlidirler.
Küçük açılı ve küçük kör bölgeli ultrasonik sensör sayesinde sistem, kompakt alanlarda daha doğru ölçümler gerçekleştirebilmektedir. Su geçirmez ve korozyona dayanıklı tasarımlar, ultrasonik sensörlerin sıvı seviyesi, dış mekan ve endüstriyel uygulamalarda da kullanışlı olmasını sağlar.
Ultrasonik mesafe ölçümünün prensibi, bir hedefe ultrasonik dalgalar göndermek, yansıyan yankıyı almak, gidiş-dönüş süresini ölçmek ve ses hızını kullanarak mesafeyi hesaplamaktır. Temel formül s = v × t / 2'dir.
Daha doğru ultrasonik ölçüm için tasarımcılar sıcaklık telafisini, kör bölgeyi, hedef açısını, malzeme yansımasını, çevresel gürültüyü ve sensör kurulumunu dikkate almalıdır. Doğru sensör seçimi ve sinyal işleme, gerçek uygulamalarda ölçüm kararlılığını geliştirebilir.
Ultrasonik sensör ölçüm yöntemi, ultrasonik bir darbe göndererek, yansıyan yankıyı alarak ve sesin seyahat süresinden mesafeyi hesaplayarak mesafeyi ölçer. Buna aynı zamanda ultrasonik uçuş süresi veya yankı aralığı da denir.
Temel ultrasonik mesafe formülü s = v × t / 2'dir . Bu formülde s mesafe, v ses hızı ve t ultrasonik darbenin ölçülen gidiş-dönüş süresidir.
Sensör, ultrasonik dalganın nesneye gidip geri dönmesi için geçen toplam süreyi ölçer. Bu bir gidiş-dönüş olduğundan, sensör ile hedef arasındaki tek yönlü mesafeyi bulmak için sonucun 2'ye bölünmesi gerekir.
Sıcaklık sesin havadaki hızını değiştirir. Sıcaklık değişirse ancak sistem hala sabit bir ses hızı kullanıyorsa hesaplanan mesafe hatalı olacaktır. Sıcaklık telafisi, ultrasonik aralık doğruluğunun geliştirilmesine yardımcı olur.
Kör bölge, sensörün güvenilir şekilde ölçüm yapamadığı minimum mesafedir. Genellikle iletimden sonra dönüştürücünün çalmasından kaynaklanır. Kısa mesafeli algılama için küçük kör alana sahip bir ultrasonik sensör seçin.
Yumuşak, gözenekli, ses emici, çok ince veya keskin açılı yüzeyler yankı gücünü azaltabilir. Köpük, kumaş ve açılı nesneler zayıf veya dengesiz ultrasonik mesafe okumalarına neden olabilir.
Ultrasonik mesafe sensörleri genellikle park sensörlerinde, robot engellerden kaçınmada, sıvı seviyesi ölçümünde, endüstriyel otomasyonda, inşaat ölçümünde, boru hattı tespitinde ve temassız mesafe ölçüm sistemlerinde kullanılır.
