Η αρχή της υπερήχων

Η υπερηχητική σειρά είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί ηχητικά κύματα για να καθορίσει την απόσταση μεταξύ δύο αντικειμένων. Έχει γίνει ένα βασικό εργαλείο σε διάφορες βιομηχανίες, όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η υγειονομική περίθαλψη και η ρομποτική. Σκοπός αυτού του άρθρου είναι να παράσχει μια ολοκληρωμένη εξήγηση της αρχής της υπερηχητικής σειράς και των εφαρμογών του.

Τι είναι το υπερηχητικό κυματοειδές;

Η υπερηχητική σειρά είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας για να καθορίσει την απόσταση μεταξύ δύο αντικειμένων. Λειτουργεί μεταδίδοντας ένα υπερηχητικό κύμα από έναν μορφοτροπέα και μετρώντας το χρόνο που χρειάζεται για να αναπηδήσει το κύμα μετά το χτύπημα ενός αντικειμένου. Ο χρόνος που χρειάζεται για την επιστροφή του κύματος χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της απόστασης μεταξύ του μετατροπέα και του αντικειμένου. Υπάρχουν διάφοροι τύποι υπερηχητικών αισθητήρων, συμπεριλαμβανομένων αισθητήρων μεμονωμένων μορφοτροπέων και αισθητήρων διπλού μορφοτροπέα.

Αρχή λειτουργίας της υπερηχητικής σειράς

Η αρχή της υπερηχητικής σειράς βασίζεται στη φυσική των ηχητικών κυμάτων. Όταν ένα υπερηχητικό κύμα μεταδίδεται από έναν μορφοτροπέα, ταξιδεύει στον αέρα και φτάνει σε ένα αντικείμενο. Το κύμα στη συνέχεια αναπηδά πίσω στον μετατροπέα και μετράται ο χρόνος που χρειάζεται για την επιστροφή του κύματος. Αυτή τη φορά χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της απόστασης μεταξύ του μετατροπέα και του αντικειμένου.

Ο μορφοτροπέας διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην υπερηχητική κυματομορφή. Είναι υπεύθυνη τόσο για τη μετάδοση όσο και για τη λήψη του υπερηχητικού κύματος. Ο μετατροπέας μετατρέπει τα ηλεκτρικά σήματα σε μηχανικούς δονήσεις, οι οποίες στη συνέχεια μεταδίδονται ως υπερηχητικά κύματα. Όταν το κύμα χτυπά ένα αντικείμενο και αναπηδά πίσω, ο μετατροπέας λαμβάνει το κύμα και το μετατρέπει πίσω σε ένα ηλεκτρικό σήμα.

Πλεονεκτήματα και περιορισμοί της υπερηχητικής σειράς

Η υπερηχητική σειρά έχει πολλά πλεονεκτήματα έναντι άλλων τεχνολογιών που κυμαίνονται. Είναι μη επαφή, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της απόστασης μεταξύ των αντικειμένων χωρίς να τα αγγίζουμε φυσικά. Είναι επίσης ακριβής, παρέχοντας ακριβείς μετρήσεις ακόμη και σε μεγάλες αποστάσεις.

Ωστόσο, η υπερηχητική σειρά έχει επίσης ορισμένους περιορισμούς. Επηρεάζεται από περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η θερμοκρασία, η πίεση του αέρα και η υγρασία. Επίσης, δεν μπορεί να διεισδύσει σε στερεά αντικείμενα, που σημαίνει ότι δεν μπορεί να μετρήσει την απόσταση από ένα αντικείμενο που βρίσκεται πίσω από ένα άλλο αντικείμενο. Αυτό μπορεί να περιορίσει τη χρησιμότητά του σε ορισμένες εφαρμογές.

Σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες που κυμαίνονται, όπως το λέιζερ που κυμαίνονται και οι υπέρυθρες κυματοειδείς, η υπερηχητική σειρά είναι σχετικά φθηνή και εύκολη στην υλοποίηση. Αυτό καθιστά μια δημοφιλής επιλογή για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών.

Εφαρμογές υπερήχων

Η υπερηχητική σειρά χρησιμοποιείται σε μια ποικιλία βιομηχανιών, όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η υγειονομική περίθαλψη και η ρομποτική. Στην αυτοκινητοβιομηχανία, η υπερηχητική κλίμακα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση απόστασης και την ανίχνευση εμποδίων στα οχήματα. Αυτό επιτρέπει στα οχήματα να αποφεύγουν συγκρούσεις και να σταθμεύουν με ασφάλεια.

Στον κλάδο της υγειονομικής περίθαλψης, η υπερηχητική σειρά χρησιμοποιείται για τη μη επεμβατική απεικόνιση και τη μέτρηση της απόστασης μεταξύ των εσωτερικών οργάνων. Αυτό επιτρέπει στους ιατρικούς επαγγελματίες να διαγνώσουν και να θεραπεύσουν τους ασθενείς χωρίς την ανάγκη για επεμβατικές διαδικασίες.

Στον τομέα της ρομποτικής, η υπερηχητική σειρά χρησιμοποιείται για την πλοήγηση και την αποφυγή εμποδίων. Τα ρομπότ εξοπλισμένα με αισθητήρες υπερήχων μπορούν να περιηγηθούν σε πολύπλοκα περιβάλλοντα και να αποφεύγουν εμπόδια, καθιστώντας τα πιο αποτελεσματικά και αποτελεσματικά.

Το μέλλον της υπερηχητικής σειράς

Το πεδίο της υπερηχητικής σειράς εξελίσσεται γρήγορα, με νέες εξελίξεις να γίνονται συνεχώς. Στο μέλλον, είναι πιθανό ότι η υπερηχητική σειρά θα ενσωματωθεί σε ακόμη περισσότερες βιομηχανίες και εφαρμογές.

Μία πιθανή μελλοντική εφαρμογή υπερήχων είναι στον τομέα των αυτόνομων οχημάτων. Τα αυτόνομα οχήματα θα απαιτήσουν εξαιρετικά ακριβή και αξιόπιστα συστήματα μέτρησης απόστασης για να περιηγηθείτε με ασφάλεια. Η υπερηχητική σειρά θα μπορούσε να διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο σε αυτό, παρέχοντας τις απαραίτητες μετρήσεις απόστασης για να επιτρέψει σε αυτόνομα οχήματα να λειτουργούν με ασφάλεια.

Μια άλλη πιθανή εφαρμογή υπερήχων είναι στον τομέα του βιομηχανικού αυτοματισμού. Με την αυξανόμενη ζήτηση για αποτελεσματικά και οικονομικά αποδοτικά συστήματα αυτοματισμού, η υπερηχητική σειρά θα μπορούσε να διαδραματίσει βασικό ρόλο στην παροχή ακριβών και αξιόπιστων μετρήσεων για βιομηχανικά ρομπότ.

Σύναψη

Συμπερασματικά, η υπερηχητική σειρά είναι μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί κύματα ήχου υψηλής συχνότητας για να καθορίσει την απόσταση μεταξύ δύο αντικειμένων. Έχει γίνει ένα βασικό εργαλείο σε διάφορες βιομηχανίες, όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η υγειονομική περίθαλψη και η ρομποτική. Η αρχή της υπερηχητικής σειράς βασίζεται στη φυσική των ηχητικών κυμάτων και καθίσταται δυνατή μέσω της χρήσης υπερηχητικών μετατροπέων. Ενώ η υπερηχητική σειρά έχει ορισμένους περιορισμούς, έχει επίσης πολλά πλεονεκτήματα, καθιστώντας την δημοφιλή επιλογή για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Το μέλλον της υπερηχητικής σειράς φαίνεται φωτεινό, με νέες εξελίξεις και πιθανές εφαρμογές στον ορίζοντα.

Η συχνότητα του ηχητικού κύματος που μπορούν να ακούσουν τα ανθρώπινα αυτιά είναι 20Hz ～ 20kHz. Όταν η συχνότητα είναι υψηλότερη από 20kHz, το ανθρώπινο αυτί δεν μπορεί να το ακούσει. Ως εκ τούτου, ονομάζουμε το ηχητικό κύμα με συχνότητα υψηλότερη από 20kHz 'υπερηχητικό κύμα '.

Το υπερηχογράφημα έχει ισχυρή κατευθυντικότητα και ταξιδεύει σε μεγάλη απόσταση στον αέρα. Θα αντικατοπτρίζεται όταν αντιμετωπίζουμε εμπόδια. Ως εκ τούτου, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν συχνά υπερηχητικό κύμα για μέτρηση απόστασης.

Η συνηθέστερα μέθοδος μέτρησης υπερηχητικής απόστασης είναι η μέθοδος ανίχνευσης ηχώ. Ο υπερηχητικός πομπός εκπέμπει υπερηχητικά κύματα σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Ταυτόχρονα με την εκπομπή, ο χρονοδιακόπτης ξεκινά το χρονοδιάγραμμα. Ο υπερηχητικός δέκτης σταματά αμέσως το χρονοδιάγραμμα όταν λαμβάνει τα ανακλώμενα υπερηχητικά κύματα. Η ταχύτητα διάδοσης των υπερηχητικών κυμάτων στον αέρα είναι 340m/s. Σύμφωνα με τον χρόνο που καταγράφηκε από το χρονοδιακόπτη, η απόσταση από το σημείο εκπομπής στην επιφάνεια του εμποδίου μπορεί να υπολογιστεί.

Οι κύριοι δείκτες απόδοσης των υπερηχητικών αισθητήρων περιλαμβάνουν:

(1) Συχνότητα εργασίας. Η συχνότητα εργασίας είναι η συχνότητα συντονισμού του πιεζοηλεκτρικού τσιπ. Όταν η συχνότητα της τάσης εναλλασσόμενου ρεύματος που εφαρμόζεται στα δύο άκρα της είναι ίση με τη συχνότητα συντονισμού του τσιπ, η ενέργεια εξόδου είναι η μεγαλύτερη και η ευαισθησία είναι επίσης η υψηλότερη.

(2) θερμοκρασία εργασίας. Δεδομένου ότι το σημείο απόστασης του πιεζοηλεκτρικού υλικού είναι γενικά σχετικά υψηλό, ειδικά ο υπερηχητικός ανιχνευτής για διάγνωση χρησιμοποιεί μια μικρή ισχύ, έτσι ώστε η θερμοκρασία εργασίας είναι σχετικά χαμηλή και μπορεί να λειτουργήσει για μεγάλο χρονικό διάστημα χωρίς αποτυχία. Η θερμοκρασία του υπερηχητικού ανιχνευτή που χρησιμοποιείται στην ιατρική θεραπεία είναι σχετικά υψηλή και απαιτείται ξεχωριστή συσκευή ψύξης.

(3) Ευαισθησία. Εξαρτάται κυρίως από το ίδιο το τσιπ παραγωγής, ο συντελεστής ηλεκτρομηχανικής σύζευξης είναι μεγάλος και η ευαισθησία είναι υψηλή.

Με την ταχεία ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, δεν είναι δύσκολο για εμάς να βρούμε την εφαρμογή υπερηχητικών αισθητήρων. Για παράδειγμα, το ραντάρ αντιστροφής χρησιμοποιεί υπερηχητικά κύματα για να μετρήσει την απόσταση, έτσι ώστε να συνειδητοποιήσει τη λειτουργία της αποφυγής του χώρου στάθμευσης και των εμποδίων. Ο μηχανικός από το Manorshi συνιστά τρεις υπερηχητικούς αισθητήρες MSW-A1458H09TR, MSW-A1440H09TR και MSW-A1840H12TR. Έχουν καλή σταθερότητα, υψηλή ευαισθησία και υψηλή ακρίβεια και έχουν γίνει καλά δεκτά από την αγορά.