Lượt xem: 87 Tác giả: Site Editor Thời gian xuất bản: 14-04-2020 Nguồn gốc: Địa điểm
Cảm biến phạm vi siêu âm là một thiết bị cảm biến không tiếp xúc, đo khoảng cách giữa cảm biến và mục tiêu bằng cách truyền các xung âm thanh siêu âm và đo khoảng thời gian mà tiếng vang phản xạ quay trở lại.
Sóng siêu âm có tần số trên phạm vi nghe bình thường của con người khoảng 20 kHz. Cảm biến khoảng cách ghép nối không khí thường hoạt động ở khoảng 40 kHz, mặc dù các tần số khác được sử dụng tùy theo phạm vi đo, độ phân giải, kích thước đầu dò, kiểu chùm tia và điều kiện môi trường cần thiết.
Không giống như cảm biến khoảng cách quang học, cảm biến siêu âm không phụ thuộc chủ yếu vào màu sắc hoặc độ phản xạ ánh sáng khả kiến của mục tiêu. Do đó, nó có thể phát hiện nhiều vật thể trong suốt, mờ, tối hoặc bóng, miễn là mục tiêu phản hồi âm thanh đủ mạnh về phía máy thu.
Câu trả lời nhanh: Cảm biến phạm vi siêu âm gửi xung âm thanh tần số cao về phía mục tiêu, nhận tiếng vang phản xạ và tính toán khoảng cách từ thời gian di chuyển khứ hồi. Công thức cơ bản là Khoảng cách = Tốc độ âm thanh × Thời gian vang vọng 2.
Công nghệ siêu âm được sử dụng rộng rãi trong phát hiện chướng ngại vật bằng robot, hỗ trợ đỗ xe ô tô, đo mức chất lỏng, cửa tự động, tự động hóa công nghiệp, hệ thống an ninh, xử lý vật liệu và phát hiện sự hiện diện của vật thể.
Nguồn cung cấp Manorshi cảm biến và đầu dò siêu âm để đo khoảng cách, phát hiện vật thể, hệ thống đỗ xe, cảm biến mức độ và các ứng dụng điện tử tùy chỉnh.
Hầu hết các cảm biến khoảng cách siêu âm đều sử dụng nguyên lý thời gian bay , còn được gọi là phương pháp thời gian truyền tiếng vang. Hệ thống đo thời gian giữa việc truyền xung siêu âm và nhận được tiếng vang phản xạ của nó.
Mạch điều khiển tạo ra một vụ nổ điện ngắn ở hoặc gần tần số định mức của đầu dò siêu âm.
Bộ chuyển đổi truyền chuyển đổi tín hiệu điện thành rung động cơ học siêu âm.
Xung siêu âm truyền qua không khí tới mục tiêu.
Một phần năng lượng âm thanh được phản xạ từ bề mặt mục tiêu.
Máy thu chuyển đổi tiếng vọng âm thanh phản hồi thành tín hiệu điện nhỏ.
Mạch điều hòa tín hiệu khuếch đại, lọc và phát hiện tiếng vang.
Một bộ vi điều khiển hoặc mạch đo thời gian sẽ đo thời gian di chuyển khứ hồi và chuyển nó thành khoảng cách.
Khoảng cách = (Thời gian tiếng vang × Tốc độ âm thanh) 2
d = (t × c) 2
d là khoảng cách một chiều giữa cảm biến và mục tiêu.
t là thời gian khứ hồi đo được từ khi truyền đến khi nhận được tiếng vang.
c là tốc độ truyền âm trong môi trường đo.
Kết quả được chia cho hai vì âm thanh truyền từ cảm biến đến mục tiêu rồi quay trở lại cảm biến.
Ở nhiệt độ xấp xỉ 20°C, tốc độ truyền âm trong không khí khô là khoảng 343 m/s. Nếu thời gian tiếng vang đo được là 5,83 mili giây thì khoảng cách được tính là:
Khoảng cách = 0,00583 giây × 343 m/s 2
Khoảng cách ≈ 1 mét
Ví dụ này giả định nhiệt độ không khí ổn định và tiếng vang có thể phát hiện rõ ràng. Các hệ thống thực cũng có thể áp dụng bù nhiệt độ, lọc tín hiệu, phát hiện ngưỡng, hiệu chuẩn và lấy trung bình nhiều mẫu.
Cốt lõi của nhiều đầu dò siêu âm là một phần tử gốm áp điện được gắn vào một màng kim loại hoặc tấm cộng hưởng. Việc lắp ráp cũng có thể bao gồm bộ cộng hưởng, vỏ cách âm, thiết bị đầu cuối, vật liệu giảm chấn, lưới bảo vệ và các bộ phận bịt kín môi trường.
Khi một điện áp xoay chiều được đặt vào gốm áp điện, vật liệu sẽ giãn nở và co lại. Sự biến dạng cơ học này làm cho màng rung động và tỏa sóng siêu âm vào không khí.
Quá trình áp điện ngược xảy ra trong quá trình tiếp nhận. Sóng áp suất siêu âm quay trở lại làm rung màng ngăn và phần tử áp điện, tạo ra tín hiệu điện nhỏ có thể được khuếch đại và xử lý bởi mạch thu.
Bộ cộng hưởng hình phễu hoặc hình sừng có thể cải thiện việc truyền năng lượng âm thanh giữa phần tử áp điện và không khí xung quanh. Hình dạng của nó cũng ảnh hưởng đến độ nhạy, tần số cộng hưởng và kiểu chùm tia.
Điểm khác biệt quan trọng: Phạm vi siêu âm kết hợp với không khí thường đo tiếng vang phản xạ từ bề mặt mục tiêu. Không nên nhầm lẫn nó với các hệ thống kiểm tra không phá hủy bằng hình ảnh hoặc siêu âm y tế được thiết kế để truyền âm thanh qua chất lỏng hoặc vật liệu rắn.
Hệ thống đo cự ly siêu âm có thể sử dụng một máy phát và máy thu riêng biệt hoặc một máy thu phát duy nhất xen kẽ giữa phát và thu.
| Cấu hình | Phương pháp làm việc | Ưu điểm điển hình | Những cân nhắc về thiết kế |
|---|---|---|---|
| Máy phát và máy thu riêng biệt | Một đầu dò truyền liên tục hoặc không liên tục trong khi đầu dò thứ hai nhận được tiếng vang. | Đường truyền và nhận riêng biệt, thiết kế mạch linh hoạt và không cần chuyển đổi một phần tử giữa các chế độ. | Khoảng cách cảm biến, căn chỉnh, ghép âm thanh và nhiễu xuyên âm trực tiếp từ máy phát đến máy thu phải được kiểm soát. |
| Máy thu phát siêu âm đơn | Một phần tử truyền xung và sau đó chuyển sang chế độ nhận. | Thiết kế cơ học nhỏ gọn và căn chỉnh dễ dàng hơn giữa trục truyền và trục nhận. | Hệ thống phải đợi tiếng chuông cơ học giảm dần trước khi phát hiện tiếng vang ở cự ly gần. |
| Cặp xuyên tia | Bộ phát và bộ thu đối diện nhau và hệ thống sẽ phát hiện khi có vật thể làm gián đoạn đường truyền âm thanh. | Phản ứng nhanh và phát hiện đáng tin cậy các màng trong suốt, chai và các vật thể chuyển động nhanh. | Cấu hình này chủ yếu phát hiện sự hiện diện hơn là tính toán khoảng cách mục tiêu phản ánh. |
Bảng sau đây giữ nguyên các thông số máy phát và máy thu siêu âm 40 kHz mẫu từ trang gốc. Những giá trị này không được coi là thông số kỹ thuật chung cho mọi cảm biến siêu âm. Luôn xác nhận số bộ phận cuối cùng, điều kiện kiểm tra và bảng dữ liệu sản phẩm trước khi thiết kế mạch truyền động hoặc phê duyệt một bộ phận sản xuất.
| Thông số kỹ thuật | Ví dụ Giá trị |
|---|---|
| Tần số trung tâm | 40 ± 1,0 kHz |
| Truyền mức áp suất âm thanh | tối thiểu 100 dB |
| Nhận độ nhạy | tối thiểu −72 dB |
| Độ nhạy tiếng vang | ≥230 mV |
| Thời gian đổ chuông | Tối đa 1,2 mili giây |
| Điện dung ở 1 kHz | 2400pF ±20% |
| Điện áp lái xe liên tục tối đa | 20 Vrms |
| Tổng góc chùm | 47° điển hình ở −6 dB |
| thời gian phân rã | 1,2 mili giây |
| Nhiệt độ hoạt động | −30°C đến +80°C |
| Nhiệt độ bảo quản | −30°C đến +80°C |
Cấu trúc và kích thước đầu dò siêu âm
Cặp máy phát và thu siêu âm 40 kHz
Hiệu suất phân loại siêu âm phụ thuộc vào đầu dò, mạch truyền động, mạch thu, thuật toán xử lý tín hiệu, mục tiêu và môi trường lắp đặt. Các tham số sau đây cần được đánh giá cùng nhau thay vì độc lập.
Tần số trung tâm là tần số mà đầu dò được thiết kế để hoạt động hiệu quả. Đối với đầu dò siêu âm danh nghĩa 40 kHz, mạch phát thường tạo ra một xung gần 40 kHz, trong khi máy thu được lọc xung quanh dải tần tương tự.
Lái xe quá xa vùng cộng hưởng có thể làm giảm năng lượng âm thanh truyền đi và độ nhạy thu. Dung sai thành phần, nhiệt độ, lắp đặt và thiết kế vỏ cũng có thể thay đổi phản ứng hiệu quả.
Mức áp suất âm thanh truyền đi cho biết cường độ của đầu ra siêu âm trong các điều kiện thử nghiệm được chỉ định. Giá trị cao hơn có thể hỗ trợ tiếng vang mạnh hơn hoặc khoảng cách cảm nhận dài hơn, nhưng kết quả phụ thuộc vào điện áp, tần số, dạng sóng, khoảng cách đo và thiết bị kiểm tra.
Chỉ nên so sánh các giá trị áp suất âm thanh khi bảng dữ liệu sử dụng các điều kiện đo tương đương.
Độ nhạy thu mô tả mức độ hiệu quả của máy thu chuyển đổi áp suất siêu âm đến thành tín hiệu điện. Độ nhạy cao hơn có thể cải thiện khả năng phát hiện tiếng vang yếu, nhưng hệ thống hoàn chỉnh cũng phụ thuộc vào nhiễu của bộ khuếch đại, băng thông bộ lọc, mức tăng, cài đặt ngưỡng và nhiễu điện từ.
Độ nhạy tiếng vang thể hiện tín hiệu thu được được tạo ra theo mục tiêu xác định và sắp xếp thử nghiệm. Một hệ thống đo khoảng cách hữu ích phải phân biệt được tiếng vang thực với nhiễu điện, rung động cơ học, sự ghép nối âm thanh trực tiếp và phản xạ thứ cấp.
Điều khiển khuếch đại tự động, lọc thông dải, phát hiện đường bao, xử lý tương quan và ngưỡng thích ứng có thể được sử dụng để cải thiện khả năng nhận dạng tiếng vang.
Sau khi cụm truyền kết thúc, đầu dò và kết cấu cơ khí tiếp tục rung trong thời gian ngắn. Rung động còn sót lại này được gọi là rung chuông hoặc đổ chuông.
Trong giai đoạn phục hồi này, tiếng vang mục tiêu gần có thể bị ẩn bởi tín hiệu truyền dư mạnh hơn nhiều. Khoảng cách đo được tối thiểu tương ứng được gọi là vùng mù , vùng chết hoặc khoảng cách cảm nhận tối thiểu.
Thời gian đổ chuông ngắn hơn thường hỗ trợ khoảng cách phát hiện tối thiểu ngắn hơn, mặc dù vùng mù cuối cùng cũng phụ thuộc vào khả năng phục hồi mạch, điện áp máy phát, giảm xóc, cài đặt ngưỡng và phương pháp xử lý tín hiệu.
Đầu dò siêu âm không tạo ra chùm tia thẳng hẹp vô hạn. Nó phát ra năng lượng âm thanh thông qua một hình nón âm thanh ba chiều chứa một thùy chính và các thùy bên nhỏ hơn.
Chùm tia rộng hơn có thể phát hiện các vật thể trên một khu vực lớn hơn nhưng cũng có thể nhận được những phản xạ không mong muốn từ các bức tường, giá đỡ, đường ống hoặc bề mặt bao vây gần đó. Chùm tia hẹp hơn mang lại khả năng chọn lọc hướng tốt hơn nhưng yêu cầu căn chỉnh cảm biến chính xác hơn.
Đầu dò siêu âm áp điện hoạt động chủ yếu như một tải điện dung. Điện dung của nó ảnh hưởng đến dòng điện của trình điều khiển, kết hợp trở kháng, tổn thất chuyển mạch và thiết kế mạch cộng hưởng.
Điện áp áp dụng phải duy trì trong giới hạn truyền động xung và liên tục định mức của đầu dò. Điện áp truyền động quá mức có thể gây ra hiện tượng quá nhiệt, khử cực, hư hỏng cơ học hoặc rút ngắn tuổi thọ sử dụng.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ âm thanh, đặc tính áp điện, độ cộng hưởng, độ nhạy, vật liệu kết dính và linh kiện điện tử. Xác nhận cả phạm vi nhiệt độ vận hành và phạm vi nhiệt độ bảo quản cho kiểu cảm biến thực tế.
Nhiệt độ là một trong những biến số môi trường quan trọng nhất vì nó làm thay đổi tốc độ âm thanh. Một phép tính gần đúng thường được sử dụng cho không khí khô gần điều kiện khí quyển bình thường là:
Tốc độ âm thanh ≈ 331,3 + (0,606 × Nhiệt độ tính bằng °C) m/s
Một hệ thống luôn giả định vận tốc 343 m/s có thể phát triển sai số khoảng cách có thể đo được khi nhiệt độ thực tế thay đổi. Đối với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác tuyệt đối ổn định, hãy đặt cảm biến nhiệt độ gần đường truyền âm và cập nhật phép tính tốc độ âm thanh.
Các mục tiêu lớn thường trả lại nhiều năng lượng âm thanh hơn các mục tiêu nhỏ. Mục tiêu hẹp hơn hình nón âm thanh đang hoạt động có thể tạo ra tiếng vang yếu hoặc cho phép cảm biến phát hiện vật thể lớn hơn phía sau nó.
Giá trị phạm vi tối đa thường được đo bằng cách sử dụng mục tiêu tham chiếu phẳng được chỉ định. Phạm vi thực tế đối với dây nhỏ, ống hẹp, vật thể cong hoặc các bộ phận không đều có thể ngắn hơn.
Mục tiêu phẳng, nhẵn mang lại phản hồi mạnh nhất khi bề mặt của nó gần như vuông góc với trục cảm biến. Nếu bề mặt nghiêng, phần lớn năng lượng âm thanh có thể bị phản xạ khỏi máy thu.
Bề mặt gồ ghề phân tán âm thanh theo nhiều hướng và có thể chịu được sự thay đổi góc lớn hơn, nhưng năng lượng phản hồi có thể khó dự đoán hơn.
Các bề mặt cứng như kim loại, thủy tinh, nhựa cứng, gỗ và các bề mặt chất lỏng tĩnh thường tạo ra phản xạ hữu ích. Các vật liệu mềm, xốp hoặc dạng sợi như bọt, vải dày, bông và vật liệu cách nhiệt lỏng lẻo có thể hấp thụ năng lượng siêu âm và làm giảm phạm vi phát hiện.
Các vật thể trong suốt thường có thể được phát hiện vì siêu âm không phụ thuộc vào độ trong suốt nhìn thấy được. Tuy nhiên, bề mặt kính hoặc nhựa nhẵn vẫn cần một góc phù hợp để phản xạ âm thanh trở lại cảm biến.
Các vật thể nằm trong vùng mù được chỉ định không thể đo được một cách đáng tin cậy. Cảm biến có thể báo cáo không có mục tiêu, giá trị không ổn định hoặc khoảng cách sai được tạo ra do tiếng chuông và phản xạ bên trong.
Việc cài đặt phải giữ mục tiêu dự kiến gần nhất vượt quá khoảng cách cảm nhận tối thiểu được nêu trong biểu dữ liệu mô-đun hoặc cảm biến cuối cùng.
Luồng khí mạnh có thể làm thay đổi đường truyền âm thanh hiệu quả, trong khi gradient nhiệt độ thay đổi nhanh chóng có thể làm cong sóng âm hoặc thay đổi tốc độ truyền của nó dọc theo đường đo.
Tránh lắp cảm biến đo phạm vi chính xác trực tiếp bên cạnh cửa thoát khí nóng, quạt làm mát, lỗ thông hơi hoặc nguồn nhiệt dao động nhanh.
Độ ẩm vừa phải thường ít ảnh hưởng hơn nhiệt độ, nhưng độ ẩm vẫn có thể ảnh hưởng đến sự suy giảm âm thanh và hoạt động của cảm biến. Những giọt nước, sự ngưng tụ, băng hoặc chất bẩn trên bề mặt đầu dò có thể chặn hoặc làm biến dạng đường truyền âm thanh.
Các ứng dụng ngoài trời hoặc có độ ẩm cao nên sử dụng đầu dò siêu âm không thấm nước hoặc được bịt kín thích hợp thay vì cho rằng cảm biến loại mở được bảo vệ môi trường.
Tường, giá đỡ, vỏ bảo vệ, cạnh bể và khung máy có thể tạo ra những tiếng vang không mong muốn. Những phản xạ này có thể đến trước hoặc sau tiếng vang mục tiêu dự định và gây ra sai số đo.
Giữ hình nón âm thanh chính rõ ràng và kiểm tra cụm cảm biến hoàn chỉnh trong vỏ bọc cuối cùng thay vì chỉ đánh giá bộ chuyển đổi trần.
Khi một số cảm biến siêu âm hoạt động gần nhau, một máy thu có thể phát hiện xung được truyền bởi cảm biến khác. Điều này được gọi là nhiễu xuyên âm và có thể tạo ra kết quả đo khoảng cách không chính xác.
Sử dụng kích hoạt đồng bộ, đo tuần tự, khoảng cách thích hợp, cách ly âm thanh vật lý hoặc phương pháp truyền mã hóa để giảm nhiễu.
Sử dụng bù nhiệt độ. Đo nhiệt độ không khí gần đường truyền âm và cập nhật phép tính tốc độ âm thanh.
Giữ mục tiêu bên ngoài vùng mù. Xác minh khoảng cách đo tối thiểu trong điều kiện mạch và điện áp ổ đĩa thực tế.
Căn chỉnh mục tiêu một cách chính xác. Đặt các mục tiêu phẳng, nhẵn càng gần càng vuông góc với trục cảm biến càng tốt.
Giữ hình nón âm thanh rõ ràng. Ngăn chặn các giá đỡ, vỏ bọc và tường bao vây đi vào trường phát hiện.
Sử dụng bộ lọc thông dải. Lọc xung quanh tần số hoạt động của đầu dò để giảm tiếng ồn điện và âm thanh băng thông rộng.
Áp dụng tính năng lọc trung bình kỹ thuật số hoặc trung vị. Nhiều phép đo có thể giảm nhiễu ngẫu nhiên và loại bỏ các giá trị ngoại lệ bị cô lập.
Điều khiển thời gian phát. Dành đủ thời gian để tiếng vang trước đó biến mất trước khi gửi xung khác.
Đồng bộ hóa nhiều cảm biến. Cảm biến kích hoạt tuần tự hoặc sử dụng phương pháp đồng bộ hóa được kiểm soát để giảm nhiễu xuyên âm.
Hiệu chỉnh lắp ráp hoàn chỉnh. Kiểm tra cảm biến, vỏ, cấu trúc lắp đặt và thiết bị điện tử cùng nhau ở khoảng cách đã biết.
Kiểm tra các mục tiêu đại diện. Xác thực hiệu suất bằng cách sử dụng kích thước đối tượng, vật liệu, góc, tốc độ và điều kiện môi trường thực tế.
Cảm biến siêu âm loại mở thường sử dụng vỏ kim loại có lỗ thoát âm. Chúng thường được chọn cho các thiết bị điện tử trong nhà, bảng phát triển, robot, phát hiện vật thể và hệ thống đo khoảng cách nhạy cảm với chi phí.
Chúng có thể cung cấp khả năng truyền âm hiệu quả nhưng thường không được thiết kế để tiếp xúc trực tiếp với mưa, phun nước, ngưng tụ hoặc ô nhiễm nghiêm trọng trừ khi có quy định khác.
Đầu dò siêu âm chống thấm nước hoặc chịu được thời tiết sử dụng bề mặt phía trước kín và vỏ bảo vệ. Chúng thích hợp cho hệ thống đỗ xe ô tô, thiết bị ngoài trời, đo mức chất lỏng, sản phẩm an ninh và ứng dụng công nghiệp tiếp xúc với bụi hoặc hơi ẩm.
Cấu trúc bảo vệ làm thay đổi phản ứng âm thanh, do đó, mẫu chống thấm nước phải được kết hợp với tần số, điện áp và mạch thu thích hợp.
Một mô-đun phạm vi siêu âm tích hợp kết hợp một hoặc nhiều đầu dò với thiết bị điện tử truyền, khuếch đại thu, xử lý tín hiệu và giao diện đầu ra kỹ thuật số hoặc tương tự.
Các mô-đun đơn giản hóa việc phát triển hệ thống nhưng cung cấp ít khả năng kiểm soát hơn đối với thuật toán phát hiện, khuếch đại và dạng sóng bên trong so với mạch dựa trên bộ chuyển đổi tùy chỉnh.
Đầu dò siêu âm tần số cao hơn có bước sóng ngắn hơn và có thể hỗ trợ phát hiện các đặc điểm nhỏ hơn hoặc các phép đo chuyên biệt hơn. Tuy nhiên, âm thanh tần số cao hơn thường bị suy giảm mạnh hơn trong không khí, điều này có thể làm giảm phạm vi cảm nhận thực tế.
Nên chọn tần số theo phạm vi, kích thước mục tiêu, độ phân giải, đường kính đầu dò, độ suy giảm môi trường và băng thông hệ thống thay vì cho rằng tần số cao hơn luôn tốt hơn.
| Ưu điểm | Hạn chế |
|---|---|
| Đo khoảng cách và hiện diện không tiếp xúc | Có khoảng cách cảm nhận tối thiểu hoặc vùng mù |
| Có thể phát hiện nhiều vật thể trong suốt, tối và phản chiếu | Vật liệu mềm hoặc xốp có thể hấp thụ âm thanh |
| Hoạt động mà không có ánh sáng nhìn thấy được | Các mục tiêu có góc cạnh mượt mà có thể phản xạ tiếng vang đi |
| Có thể đo mức chất lỏng mà không cần tiếp xúc với chất lỏng | Bọt, sóng, nhiễu loạn hoặc hơi có thể làm giảm độ tin cậy |
| Tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng tầm ngắn và trung bình | Có thể cần phải bù nhiệt độ để có phạm vi chính xác |
| Có sẵn dưới dạng mô hình mở, không thấm nước, tần số cao và tích hợp | Nhiều cảm biến có thể gây nhiễu lẫn nhau |
| Thích hợp cho các hệ thống điện tử nhỏ gọn và tích hợp | Các công trình lân cận có thể tạo ra phản xạ thứ cấp |
Không có công nghệ cảm biến nào là lý tưởng cho mọi ứng dụng. Sự lựa chọn thích hợp phụ thuộc vào mục tiêu, phạm vi yêu cầu, tốc độ phản hồi, độ phân giải, điều kiện ánh sáng, mức độ tiếp xúc với môi trường và chi phí hệ thống.
| So sánh | Cảm biến siêu âm Cảm | biến hồng ngoại hoặc quang điện | Cảm biến khoảng cách LiDAR hoặc Laser |
|---|---|---|---|
| Nguyên lý đo lường | Âm thanh thời gian bay | Ánh sáng bị phản xạ hoặc bị gián đoạn | Laser hoặc thời gian quang học của chuyến bay |
| Độ nhạy màu mục tiêu | Nói chung là thấp | Có thể đáng kể | Phụ thuộc vào độ phản xạ quang học |
| Phát hiện mục tiêu trong suốt | Thường hiệu quả với góc mục tiêu phù hợp | Có thể yêu cầu một cảm biến quang học chuyên dụng | Có thể khó khăn đối với các vật liệu rõ ràng |
| Kích thước chùm tia | Nón âm thanh tương đối rộng | Thường hẹp hơn | Điểm hoặc chùm quét rất hẹp |
| Tốc độ phản hồi | Bị giới hạn bởi thời gian truyền âm thanh | Nói chung là nhanh | Nói chung là nhanh |
| Mối quan tâm chính về môi trường | Nhiệt độ, luồng không khí, sự hấp thụ và phản xạ âm thanh | Ánh sáng xung quanh, bụi, màu sắc và ô nhiễm quang học | Ô nhiễm quang học, độ phản xạ, sương mù và chi phí |
| Sức mạnh điển hình | Phát hiện không tiếp xúc đáng tin cậy của các vật liệu khác nhau | Phát hiện vật thể nhanh và điểm sáng chính xác | Tầm xa, chùm tia hẹp và độ chính xác không gian cao |
Robot di động, phương tiện dẫn đường tự động, robot dịch vụ và nền tảng giáo dục sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện tường, thiết bị, con người và các chướng ngại vật khác mà không cần tiếp xúc vật lý.
Đầu dò siêu âm chống thấm nước được lắp đặt trong cản xe đo khoảng cách đến các chướng ngại vật gần đó và hỗ trợ các hệ thống cảnh báo đỗ xe, di chuyển ở tốc độ thấp và cảnh báo khoảng cách.
Cảm biến mức siêu âm hướng xuống dưới đo khoảng cách từ cảm biến đến bề mặt chất lỏng. Bộ điều khiển có thể tính toán chiều cao chất lỏng còn lại khi biết kích thước bể và vị trí cảm biến.
Bọt, hơi, khuấy trộn, bề mặt chất lỏng có góc cạnh và cấu trúc bên trong bể phải được đánh giá trong quá trình thử nghiệm ứng dụng.
Cảm biến siêu âm có thể phát hiện sản phẩm trên băng tải, theo dõi chiều cao ngăn xếp, xác nhận sự hiện diện của thành phần, đếm thùng chứa và phát hiện chai hoặc màng trong suốt có thể gây khó khăn cho cảm biến quang học tiêu chuẩn.
Phát hiện siêu âm có thể xác định chuyển động hoặc sự hiện diện gần cửa ra vào, lối vào, khu vực hạn chế và hệ thống báo động mà không cần chiếu sáng rõ ràng.
Cảm biến siêu âm tầm ngắn có thể đo khoảng cách giữa máy bay không người lái và mặt đất trong quá trình bay lượn hoặc hạ cánh ở độ cao thấp. Phải xem xét luồng không khí của rôto, góc bề mặt, cỏ và nhiễu âm thanh.
Phát hiện tiệm cận bằng siêu âm có thể được tích hợp vào bộ phân phối, thiết bị gia dụng, bảng điều khiển, thùng rác và các sản phẩm khác yêu cầu kích hoạt không cần chạm hoặc theo dõi mức.
Việc lựa chọn một cảm biến siêu âm phù hợp đòi hỏi nhiều hơn việc chọn tần số. Cung cấp cho nhà cung cấp các điều kiện ứng dụng hoàn chỉnh để có thể đánh giá thiết kế âm thanh, điện và cơ khí cùng nhau.
| Câu hỏi lựa chọn mục | để xác nhận |
|---|---|
| Phạm vi đo | Khoảng cách mục tiêu tối thiểu và tối đa là gì? |
| Mục tiêu | Chất liệu, kích thước, hình dạng, góc và tốc độ di chuyển của mục tiêu là gì? |
| Tính thường xuyên | 40 kHz có phù hợp với phạm vi yêu cầu và kích thước mục tiêu không? |
| Góc chùm tia | Cần có khu vực phát hiện rộng hay chùm tia định hướng hẹp? |
| Môi trường | Cảm biến có gặp mưa, ngưng tụ, bụi, hóa chất, gió hay nhiệt độ khắc nghiệt không? |
| Độ chính xác và độ phân giải | Ứng dụng có thể chấp nhận lỗi đo lường và độ lặp lại nào? |
| Thời gian đáp ứng | Hệ thống phải phát hiện hoặc theo dõi mục tiêu nhanh đến mức nào? |
| Giao diện điện | Có cần một bộ chuyển đổi trần, cặp máy phát-thu, đầu ra analog hoặc mô-đun kỹ thuật số không? |
| Mạch truyền động | Điện áp, dạng sóng bùng nổ, kiến trúc bộ khuếch đại và máy thu nào sẽ được sử dụng? |
| Thiết kế cơ khí | Cần có đường kính, chiều cao, thiết bị đầu cuối, cáp, đầu nối và phương pháp lắp đặt nào? |
| Số lượng và tùy biến | Số lượng nguyên mẫu, khối lượng hàng năm và yêu cầu về hiệu suất tùy chỉnh là gì? |
Giữ nón âm thanh hoàn chỉnh tránh xa các bức tường bao quanh và giá đỡ.
Không che lỗ thoát âm bằng nhựa thông thường, vải dày hoặc lưới không phù hợp.
Giữ mục tiêu gần nhất bên ngoài vùng chết được chỉ định.
Căn chỉnh các mục tiêu trơn tru càng gần vuông góc với trục cảm biến càng tốt.
Sử dụng cách ly rung khi cảm biến được lắp đặt gần động cơ, máy bơm hoặc bộ truyền động cơ khí.
Giữ dấu vết chuyển mạch dòng điện cao và mạch điện ồn cách xa đầu vào máy thu.
Sử dụng nối đất, che chắn và lọc phù hợp đối với tín hiệu tiếng vang yếu.
Ngăn chặn nước, nước đá, dầu hoặc chất bẩn nặng tích tụ trên mặt đầu dò.
Kích hoạt tuần tự các cảm biến siêu âm lân cận để giảm nhiễu âm thanh.
Hiệu chỉnh và xác nhận cảm biến sau khi nó được lắp vào vỏ sản phẩm cuối cùng.
Manorshi cung cấp các sản phẩm siêu âm loại mở, không thấm nước, tần số cao, hỗ trợ đỗ xe và cảm biến mức độ cho các nhà sản xuất, nhà phát triển điện tử và nhà cung cấp thiết bị công nghiệp.
Các thông số đánh giá có sẵn có thể bao gồm tần số trung tâm, mức áp suất âm thanh, độ nhạy thu, góc chùm tia, điện dung, thời gian đổ chuông, nhiệt độ vận hành, kích thước vỏ, thiết bị đầu cuối, dây dẫn và bảo vệ môi trường.
Xem Máy phát và thu siêu âm chống nước 40 kHz hoặc duyệt toàn bộ Dòng cảm biến siêu âm Manorshi.
Đối với ứng dụng mới, hãy cung cấp phạm vi đo cần thiết, vật liệu mục tiêu, môi trường vận hành, điện áp nguồn, góc chùm tia, kích thước, số lượng hàng năm và sản lượng dự kiến. Liên hệ với Manorshi để thảo luận về việc lựa chọn cảm biến, mẫu hoặc các yêu cầu tùy chỉnh về đầu dò siêu âm.
Cảm biến phạm vi siêu âm là một thiết bị không tiếp xúc, phát ra xung siêu âm, phát hiện tiếng vang phản xạ và tính toán khoảng cách đến mục tiêu dựa trên thời gian di chuyển khứ hồi của âm thanh.
Công thức cơ bản là Khoảng cách = Thời gian vang vọng × Tốc độ âm thanh 2 . Phép tính được chia cho hai vì thời gian đo được bao gồm hành trình đi ra ngoài tới mục tiêu và hành trình quay trở lại máy thu.
Bốn mươi kilohertz cung cấp sự cân bằng thực tế giữa kích thước đầu dò, đầu ra âm thanh, độ suy giảm không khí, tính sẵn có của thành phần và khả năng phát hiện tầm ngắn đến trung bình. Nó phổ biến nhưng không phù hợp cho mọi ứng dụng.
Đầu dò siêu âm là thành phần cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành siêu âm hoặc siêu âm thành tín hiệu điện. Cảm biến siêu âm có thể chỉ riêng bộ chuyển đổi hoặc mô-đun hoàn chỉnh chứa bộ chuyển đổi, bộ điều khiển, bộ thu và thiết bị điện tử xử lý tín hiệu.
Vùng mù là khu vực tối thiểu phía trước cảm biến mà không thể đo khoảng cách đáng tin cậy. Nguyên nhân chủ yếu là do tiếng chuông đầu dò, thời gian phục hồi mạch và tín hiệu truyền mạnh che khuất tiếng vang gần.
Nhiệt độ làm thay đổi tốc độ âm thanh trong không khí. Nếu phép tính sử dụng tốc độ âm thanh cố định trong khi nhiệt độ thực tế thay đổi thì khoảng cách được báo cáo sẽ có sai số tỷ lệ. Bù nhiệt độ cải thiện độ chính xác tuyệt đối.
Đúng. Cảm biến siêu âm không dựa vào phản xạ ánh sáng khả kiến nên có thể phát hiện nhiều vật liệu trong suốt. Tuy nhiên, bề mặt trong suốt nhẵn phải được đặt ở một góc thích hợp để tiếng vang âm thanh quay trở lại máy thu.
Có thể phát hiện được nhưng các vật liệu mềm, xốp và dạng sợi có thể hấp thụ năng lượng siêu âm và tạo ra tiếng vang yếu. Phạm vi hiệu quả phải được kiểm tra bằng cách sử dụng vật liệu, độ dày và điều kiện bề mặt thực tế.
Đúng. Một cảm biến được lắp phía trên bể có thể đo khoảng cách đến bề mặt chất lỏng mà không cần chạm vào chất lỏng. Các bề mặt yên tĩnh thường mang lại kết quả tốt hơn so với các bề mặt tạo bọt, hỗn loạn, góc cạnh hoặc phủ nhiều hơi nước.
Màu mục tiêu thường ít có tác dụng trực tiếp vì cảm biến siêu âm sử dụng âm thanh hơn là ánh sáng khả kiến. Góc bề mặt, độ cứng, kích thước, kết cấu và khả năng hấp thụ âm thanh thường quan trọng hơn.
Bóng tối không ảnh hưởng đến cảm biến siêu âm. Bụi hoặc sương mù ở mức độ vừa phải có thể ít tác động hơn so với cảm biến quang học, nhưng bụi nặng, giọt nước, sự ngưng tụ hoặc vật liệu che phủ mặt đầu dò vẫn có thể làm giảm hiệu suất.
Không. Âm thanh siêu âm là sóng cơ học và cần có môi trường như không khí, khí, chất lỏng hoặc chất rắn để truyền qua. Cảm biến phạm vi siêu âm kết hợp với không khí thông thường không thể hoạt động trong chân không.
Các nguyên nhân phổ biến bao gồm mục tiêu bên trong vùng mù, phản xạ âm thanh yếu, mục tiêu góc cạnh hoặc đang di chuyển, tiếng vang cấu trúc gần đó, nhiễu điện, biến đổi nhiệt độ, luồng không khí, nhiễm bẩn đầu dò và nhiễu từ các cảm biến siêu âm khác.
Kích hoạt các cảm biến một cách tuần tự và dành đủ thời gian để mỗi xung được truyền đi cũng như tiếng vang của nó suy giảm trước khi kích hoạt cảm biến tiếp theo. Đồng bộ hóa, giãn cách, cách ly âm thanh và tín hiệu được mã hóa cũng có thể làm giảm nhiễu xuyên âm.
Chọn chùm tia rộng hơn khi vị trí mục tiêu thay đổi hoặc cần có vùng phát hiện lớn hơn. Chọn chùm tia hẹp hơn khi phải loại trừ các vật thể ở gần hoặc cần đo nhiều hướng hơn. Đánh giá phản hồi âm thanh hoàn chỉnh thay vì chỉ một góc danh nghĩa.
Cảm biến loại mở phù hợp cho các ứng dụng trong nhà được bảo vệ và có thể mang lại hiệu suất âm thanh hiệu quả. Cảm biến chống nước tốt hơn cho môi trường ô tô, ngoài trời, mức chất lỏng hoặc độ ẩm cao. Sự lựa chọn chính xác phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc với môi trường, phạm vi và yêu cầu cơ học.
Cung cấp tần số trung tâm, phạm vi đo, chi tiết mục tiêu, góc chùm tia yêu cầu, SPL truyền, độ nhạy thu, điện áp truyền động, loại mạch, nhiệt độ vận hành, yêu cầu chống nước, kích thước, phương pháp lắp đặt, thiết bị đầu cuối, chiều dài cáp, đầu nối, yêu cầu chứng nhận và số lượng đặt hàng hàng năm.
