Ultrazvučni senzori » Mjerenje razmaka s visokofrekventnim zvučnim impulsima
Objavljeno: 5. kolovoz 2024 | Trajanje čitanja: 6 minuta
Mnogi se procesi automatski pokreću u našem visoko mehaniziranom svijetu. To djeluje samo zato što strojevi i postrojenja imaju osjetljive senzore. Elektronički upravljači na taj način dobivaju sve povratne informacije potrebne za rad. U slučaju smetnji, sustavi automatski prepoznaju uzrok i zaustavljaju trenutni proces u tom području.
Čak i kod procesa kojima ručno upravljaju ljudi, senzori su podrška. Razmak prilikom parkiranja, čije su postavke točno na centimetar, na uskim parkirnim mjestima jednostavno se ostvaruje je zahvaljujući ultrazvučnim senzorima ugrađenima u branik. Rado bismo vam objasnili kako funkcionira ultrazvučni senzor i na što treba paziti kod korištenja.
-
Često postavljana pitanja o ultrazvučnim senzorima
Naziv senzor proizlazi iz latinske riječi "sentire", što znači nešto poput osjećanja. Kao rezultat toga, senzor je tehnička komponenta koja bilježi fizikalna ili kemijska svojstva i pretvara ih u električni signal.
U slučaju ultrazvučnog senzora, zvučni valovi koriste se za prepoznavanje predmeta ili za određivanje razmaka od predmeta. Budući da je frekvencijsko područje zvučnih valova 16 kHz iznad praga ljudskog sluha, stručnjaci govore o ultrazvuku.
Ultrazvuk se također koristi u životinjskom svijetu. Na taj se način šišmiši ili dupini lako mogu orijentirati i pronaći hranu čak i u apsolutnoj tami.
Senzor koji radi ultrazvukom može beskontaktno odrediti udaljenost od predmeta. Kako bi to uspjelo, odašiljač u senzoru emitira kratke i visokofrekventne zvučne impulse kao zvučni bat u pravilnim intervalima. Oni se kreću kroz zrak brzinom zvuka, odn. s 343,2 m/s na temperaturi od 20 ° C.
Ako ultrazvučni valovi susretnu predmet s tvrdom površinom, oni se reflektiraju. Čim ultrazvučni senzor primi reflektirane zvučne valove kao odjek, senzor prepoznaje da se predmet nalazi u području nadzora.
Kad se analiziraju razlike u trajanju između poslanog i primljenog signala, može se utvrditi točni razmak između senzora i predmeta.
Predmeti s grubom, valovitom ili poroznom površinom mogu djelomično odvratiti ili apsorbirati zvučne valove. To otežava prepoznavanje predmeta.
Ultrazvučni senzori razlikuju se u dizajnu i načinu funkcioniranja. Kao rezultat toga odlučujući su vrsta montaže i svrha uporabe ultrazvučnih senzora.
Senzor blizine
U slučaju senzora blizine, odašiljač i prijemnik integrirani su u kućište. Otkrivanje predmeta odvija se čim se poslani signal reflektira i ponovno primi. To znači da najjednostavnija vrsta ultrazvučne detekcije predmeta predstavlja najjednostavniju vrstu ultrazvuka.
Svjetlosne barijere za refleksiju
U ovim sustavu fiksna refleksijska površina služi kao referenca i time i precizno definirano trajanje. Ovime se može koristiti maksimalni domet ultrazvučnog senzora. Čak se i izobličeni predmeti ili oni koji apsorbiraju zvuk mogu pouzdano prepoznati.
Jednosmjerne svjetlosne barijere
U slučaju jednosmjernih ultrazvučnih barijera, prijemna jedinica pričvršćena je preko puta odašiljačke jedinice. To otežava prepoznavanje materijala, folija ili predmeta koji brzo slijede jedan iza drugoga. Jednosmjerne svjetlosne barijere također se koriste u rezervoarima ili silosima.
Kako bi se predmeti sigurno prepoznali, pri montaži senzor treba biti točno mehanički podešen, a uklopne točke postavljene. Mnogi senzori imaju gumb za podučavanje kojim se izvršavaju postavke.
Zbog načina rada ultrazvukom, senzori imaju posebne značajke, od kojih želimo preciznije predstaviti najvažnije:
Prepoznavanje materijala
Ultrazvučni senzori mogu prepoznati bilo koji materijal koji reflektira zvučne valove. Posebno su prikladni tvrdi materijali poput metala, plastike, drva ili kamena. Boja i oblik predmeta ne igraju veliku ulogu.
Prozirni predmeti
Ultrazvučni senzori također mogu pouzdano identificirati prozirne materijale poput stakla, folija i tekućina. Zbog toga se ti senzori često koriste u industriji stakla, tiska i prehrambenoj industriji.
Oblici predmeta
Pouzdano otkrivanje predmeta neovisno je o njihovom obliku. Zato se u području rasute robe koriste i ultrazvučni senzori. Na taj se način mogu precizno mjeriti razine u skladišnim spremnicima.
Okolišni uvjeti
Još jedna prednost ultrazvučnih senzora je velika neosjetljivost na vanjske utjecaje. Čak i uz teški dim, gustu maglu u boji ili prašnjavi zrak, mjerenja razina ili prepoznavanje predmeta mogu se precizno provesti.
Domet
Ultrazvučni senzori imaju velike domete. Područje detekcije može biti nekoliko metara. Slijepa zona neposredno ispred senzora, kod kojeg nije moguće obuhvaćanje, iznosi oko 5 - 10% maksimalnog dometa.
Važna napomena o površinama koje apsorbiraju zvuk
Predmeti i mediji poput pjene, vune ili spužve imaju poroznu ili grubu površinu. Zbog toga ti materijali stvaraju difuzni odraz.
Zbog kvalitete površine, jasno prepoznavanje postaje teže, a domet senzora djelomično se značajno smanjuje.
U ovom je slučaju korištenje svjetlosnih barijera za refleksiju ili jednosmjernih svjetlosnih barijera najbolje rješenje.
Ultrazvučni senzori - ovdje su naše preporuke proizvoda
Zbog mnogih i ponekad jedinstvenih prednosti u usporedbi s drugim senzorima, ultrazvučni senzori ne koriste se samo u motornim vozilima kao senzori za parkiranje. Ultrazvučni senzori za prepoznavanje predmeta postali su sastavni dio industrijskog sektora i mnogih drugih branši. Evo nekoliko upečatljivih područja:
- Izgradnja postrojenja
- Proizvodnja automobila
- Automatizacija
- Branša građevnog materijala
- Pogon tiskare
- Elektroindustrija
- Industrija pića
- Industrija stakla
- Industrija drva
- Industrija hrane
- Logističko područje
- Zrakoplovstvo
- Strojarstvo
- Industrija metala
- Farmaceutska industrija
- Područje robotike
- Upravljačka tehnika
- Industrija pakiranja
Koje su razlike između ultrazvučnih senzora i optičkih senzora?
Za razliku od ultrazvučnih senzora koji rade pomoću zvučnih valova, optički senzori rade pomoću svjetla. Ovisno o vrsti senzora, može se koristiti infracrveno svjetlo, lasersko svjetlo, crveno ili plavo svjetlo. Budući da svjetlost ima veću brzinu širenja, optički senzori reagiraju brže. Međutim, optički senzori mogu brzo podbaciti prilikom obuhvaćanja prozirnih predmeta, tekućina, magle ili dima i kod velikog opterećenja zraka prašinom. Za ultrazvučne senzore, prozirnost nije problem.
Kako ultrazvučni senzor mjeri udaljenost od predmeta?
Udaljenost se ne mjeri, već izračunava. U tu svrhu mjeri se vrijeme koje je ultrazvučni paket trebao od slanja do prijema. Ruta se može izračunati zajedno s brzinom zvuka. Međutim, rezultat treba još biti prepolovljen, jer je zvuku trebalo izmjereno vrijeme za put tamo i natrag.
Što znači analogni ili digitalni izlaz?
Senzor s analognim izlazom daje varijabilni signal koji odgovara trenutnoj mjernoj vrijednosti. Ovisno o vrsti, senzor može reagirati na promjenu razmaka promjenom napona ili promjenom struje na analognom izlazu. Senzor s digitalnim uklopnim izlazom poznaje samo dva stanja uklapanja (da/ne, visoko/nisko ili 0/1). Takvi senzori služe prvenstveno za prepoznavanje predmeta. Senzori s PNP izlazom spajaju napon napajanja (potencijal plus) na izlaz, a senzori s NPN izlazom spajaju izlaz prema uzemljenju (potencijal minus). Kod nekih senzora funkcija uklopnog izlaza može se postaviti pojedinačno prema potrebi.
Što je točno mjerenje ultrazvukom?
Općenito, visoka razina točnosti može se postići odgovarajućim senzorima. Koliko je točno mjerenje zapravo ovisi o samom senzoru, ali i o prevladavajućim uvjetima okoliša. Gustoća i vlaga zraka utječu na domet ultrazvučnih impulsa od određene vrijednosti. Osim toga, visoke temperature mogu dovesti do skraćivanja dometa. Padaline u obliku kiše ili snijega te prašina u visokim koncentracijama rezultiraju smanjenjem zvučne energije. Vrlo snažna gibanja zraka također mogu dovesti do nestabilnih rezultata mjerenja.
Koje su prednosti i nedostaci radarske tehnologije u usporedbi s ultrazvukom?
Radar ima neke prednosti u odnosu na ultrazvuk: na primjer, slijepu zonu ne treba uzimati u obzir. Osim toga, na radarske valove ne utječu temperatura, tlak ili brzina vjetra. Čak ni onečišćenje radarskog senzora nema utjecaja na njegovu funkcionalnost. Uz to, mjerenje s radarom doseže višu razinu točnosti, a područje mjerenja značajno je veće nego kod ultrazvuka. Suprotno tome, postoji znatno veća otkupna cijena za radarsku tehniku.