Перегляди: 585 Автор: Редактор сайту Час публікації: 21.05.2020 Походження: Сайт
Ультразвукові датчики — це безконтактні датчики, які використовують високочастотні звукові хвилі для виявлення об’єктів, вимірювання відстані, моніторингу рівня рідини та визначення положення матеріалу. Вони широко використовуються у виробництві, енергетичних системах, металургії, будматеріалах, хімікатах, харчовій промисловості, автомобілях, складах, кораблях, текстилі, транспорті, робототехніці, моніторингу рівня рідин, виявленні відкритих каналів потоку та промисловій автоматизації.
Основними перевагами ультразвукових датчиків є висока точність вимірювань, стабільна робота, безконтактне виявлення, сильна спрямованість і здатність працювати з багатьма рідкими та твердими матеріалами. Однак ультразвукові датчики також мають обмеження, такі як фіксований діапазон частот, відносно висока напруга приводу, сліпі зони, обмежений діапазон і чутливість до температури, м’яких матеріалів, потоку повітря та умов встановлення.
Ультразвуковий датчик працює шляхом передачі ультразвукових хвиль і отримання відбитої луни. Датчик посилає високочастотний звуковий імпульс до цілі. Коли звукова хвиля досягає поверхні предмета, частина хвилі відбивається назад до приймача. Потім датчик обчислює відстань або положення на основі часу між передачею та прийомом.
Ультразвуковий зонд зазвичай виготовлений на основі п'єзоелектричних керамічних елементів. Ці п’єзоелектричні елементи можуть перетворювати електричну енергію в механічну вібрацію для передачі ультразвукових хвиль, а також вони можуть перетворювати отриману вібрацію назад в електричні сигнали.
Коли поданий імпульсний сигнал відповідає власній резонансній частоті п’єзоелектричного елемента, елемент сильно вібрує та генерує ультразвукові хвилі. Коли відбиті хвилі повертаються до зонда, п’єзоелектричний елемент сприймає вібрацію та перетворює її на електричний сигнал для аналізу.
| Перевага | Чому це важливо |
|---|---|
| Безконтактне вимірювання | Датчик може виявляти об’єкти, не торкаючись їх, що корисно для крихких, рухомих, гарячих або корозійних матеріалів. |
| Працює з багатьма матеріалами | Ультразвукові датчики можуть вимірювати багато рідин і твердих тіл, у тому числі непрозорі матеріали, складні для оптичних датчиків. |
| Не впливає на колір або прозорість | Оскільки виявлення ґрунтується на відбитті звуку, колір цілі та прозорість зазвичай мало впливають на вимірювання. |
| Хороша спрямованість | Ультразвукові хвилі мають коротку довжину хвилі та сильну спрямованість, що робить їх придатними для вимірювання відстані та рівня. |
| Може працювати в темних умовах | На відміну від оптичних датчиків, ультразвукові датчики не залежать від видимого світла. |
| Корисно в пилу, диму або туману | Багато ультразвукових датчиків можуть працювати краще, ніж оптичні, у запилених, задимлених або погано освітлених середовищах. |
| недоліків | на застосування |
|---|---|
| Фіксований діапазон частот | Датчик 40 кГц зазвичай працює лише поблизу свого проектного діапазону частот, наприклад приблизно 38-42 кГц. |
| Вища рушійна напруга | Деякі ультразвукові перетворювачі вимагають високої напруги від піку до піку, тому для ланцюгів низької напруги може знадобитися схема підсилення або трансформатор. |
| Температурний вплив | Швидкість звуку змінюється залежно від температури повітря, що може вплинути на точність вимірювання відстані. |
| М'які матеріали поглинають звук | Піна, тканина та інші м’які поверхні можуть поглинати ультразвукові хвилі та зменшувати силу відлуння. |
| Сліпа зона | Об’єкти, розташовані надто близько до датчика, можуть бути в межах мінімальної відстані виявлення й не можуть бути точно виміряні. |
| Обмежений асортимент | Ультразвукові хвилі слабшають із відстанню, тому діапазон датчика обмежений частотою, потужністю, цільовою поверхнею та середовищем. |
Ультразвукові хвилі мають високу частоту, коротку довжину хвилі, малу дифракцію, сильну спрямованість і добре проникають у багато рідин і твердих тіл. Коли ультразвукові хвилі стикаються з домішкою, межею або поверхнею матеріалу, вони створюють відбиті відлуння, які можна виявити та проаналізувати.
Ультразвукові датчики також можуть підтримувати доплерівське виявлення рухомих об’єктів. Це робить ультразвукову технологію корисною для вимірювання відстані, вимірювання рівня рідини, виявлення об’єктів, моніторингу потоку, дефектоскопії, робототехніки, допомоги при паркуванні, промислової автоматизації та медичного обладнання.
Ультразвукові зонди малої потужності часто використовуються для виявлення та вимірювання. Залежно від типу та структури хвилі ультразвукові зонди можуть включати прямі зонди для поздовжніх хвиль, косі зонди для поперечних хвиль, зонди поверхневих хвиль, зонди хвиль Лемба та подвійні зонди, де один елемент передає, а інший приймає.
Для промислового та споживчого застосування загальні продукти включають ультразвукові датчики відкритого типу, водонепроникні ультразвукові датчики, високочастотні ультразвукові датчики, датчики паркування та датчики рівня. Правильний вибір залежить від діапазону, частоти, корпусу, рейтингу водонепроникності, цільового матеріалу та середовища встановлення.
Точність ультразвукового датчика залежить від частоти, чутливості, провідної напруги, поверхні мішені, температури повітря, вологості, потоку повітря, кута встановлення та обробки ехо-сигналу. Датчик із температурною компенсацією може зменшити помилку, спричинену зміною швидкості звуку.
Чутливість в основному залежить від п'єзоелемента. Більший електромеханічний коефіцієнт зв'язку зазвичай означає вищу чутливість. Вища чутливість допомагає датчику отримувати слабші відлуння, але кінцева продуктивність все ще залежить від повної конструкції схеми та середовища застосування.
Ультразвукові датчики використовуються в промислових вимірюваннях, сільському господарстві, легкій промисловості, медичному обладнанні, системах паркування, робототехніці, системах безпеки, моніторингу рівня, виявленні об'єктів і неруйнівному контролі. Вони можуть виявляти звуки та відлуння, які не чує людське вухо, а потім перетворювати інформацію на корисну відстань, положення або матеріальні дані.
У практичних застосуваннях ультразвукове вимірювання дальності можна використовувати для уникнення перешкод, вимірювання рівня в баку, виявлення потоку у відкритому каналі, допомоги при русі заднім ходом, навігації роботів, позиціонування матеріалу та виявлення дефектів у металевих або твердих конструкціях.
Вибираючи ультразвуковий датчик, спочатку підтвердьте відстань виявлення, сліпу зону, матеріал мішені, необхідну точність, робочу частоту, напругу приводу, кут променя, час відгуку, вимоги до водонепроникності та діапазон робочих температур.
Для зовнішніх або вологих середовищ зазвичай перевагу надають водонепроникному ультразвуковому датчику. Для точного виявлення на короткій відстані високочастотний датчик може забезпечити кращу роздільну здатність. Для виявлення на великих відстанях може бути більш придатною нижча частота та сильніша потужність передачі.
Перед масовим виробництвом перевірте датчик у реальному положенні встановлення та середовищі. Кут монтажу, отвір у корпусі, форма мішені, перешкоди поблизу, коливання температури та електричні перешкоди можуть впливати на фактичну продуктивність.
Ультразвукові датчики пропонують точні, стабільні та безконтактні вимірювання багатьох рідких і твердих матеріалів. Вони особливо корисні, коли на оптичне виявлення впливають колір, прозорість, темрява, пил, дим або відбиття поверхні.
У той же час ультразвукові датчики підходять не для кожної ситуації. Перш ніж вибрати датчик, інженерам слід враховувати частоту, напругу, чутливість, температурну компенсацію, сліпу зону, діапазон, матеріал мішені та умови встановлення.
Ультразвуковий датчик вимірює відстань, посилаючи високочастотний звуковий імпульс і приймаючи відбиту луну. Відстань розраховується на основі часу, необхідного для того, щоб звукова хвиля пройшла до цілі та повернулася назад.
Ультразвукові датчики можуть бути високоточними у відповідних умовах, особливо для безконтактного вимірювання відстані та рівня. Точність залежить від температури, вологості, поверхні мішені, частоти датчика, кута встановлення та обробки сигналу.
Температура змінює швидкість звуку в повітрі. Коли температура змінюється, виміряна відстань може зміщуватися, якщо датчик не використовує температурну компенсацію або система не виправляє показання.
Виберіть ультразвуковий датчик відкритого типу для чистого внутрішнього середовища та компактного обладнання. Виберіть водонепроникний ультразвуковий датчик для зовнішнього середовища, вологого, запиленого або схильного до бризок середовища.
Використовуйте правильну частоту, вирівнюйте датчик із ціллю, уникайте перешкод поблизу, забезпечуйте стабільну напругу, використовуйте температурну компенсацію та перевіряйте датчик у кінцевому середовищі встановлення.
