Načelo ultrazvočnega obsega

Ultrazvočni razpon je tehnologija, ki uporablja zvočne valove za določitev razdalje med dvema predmetoma. Postalo je bistveno orodje v različnih panogah, vključno z avtomobilsko, zdravstveno varstvom in robotiko. Namen tega članka je zagotoviti izčrpno razlago načela ultrazvočnega obsega in njegovih aplikacij.

Kaj je ultrazvočno?

Ultrazvočni razpon je tehnika, ki uporablja visokofrekvenčne zvočne valove za določitev razdalje med dvema predmetoma. Deluje s prenosom ultrazvočnega vala iz pretvornika in merjenjem časa, ki je potreben, da se val odbije, ko zadene predmet. Čas, ki traja, da se val vrne, se uporablja za izračun razdalje med pretvornikom in predmetom. Obstajajo različne vrste ultrazvočnih senzorjev, vključno z enim senzorjem pretvornikov in dvojnimi senzorji pretvornikov.

Delovno načelo ultrazvočnega obsega

Načelo ultrazvočnega območja temelji na fiziki zvočnih valov. Ko se ultrazvočni val prenaša iz pretvornika, potuje po zraku in doseže predmet. Val se nato odskoči nazaj do pretvornika in čas, ki je potreben, da se val vrne, se meri. Ta čas se uporablja za izračun razdalje med pretvornikom in predmetom.

Pretvornik ima pomembno vlogo pri ultrazvočnem območju. Odgovoren je za prenos in prejemanje ultrazvočnega vala. Transduktor pretvori električne signale v mehanske vibracije, ki se nato prenašajo kot ultrazvočni valovi. Ko val zadene predmet in odskoči nazaj, pretvornik sprejme val in ga pretvori nazaj v električni signal.

Prednosti in omejitve ultrazvočnega obsega

Ultrazvočni razpon ima več prednosti pred drugimi tehnologijami. Je neprekinjen, kar pomeni, da ga je mogoče uporabiti za merjenje razdalje med predmeti, ne da bi se jih fizično dotaknili. Prav tako je natančen, saj zagotavlja natančne meritve tudi na dolgih razdaljah.

Vendar ima tudi ultrazvočno razpon nekaj omejitev. Nanj vplivajo okoljski dejavniki, kot so temperatura, zračni tlak in vlažnost. Prav tako ne more prodreti v trdne predmete, kar pomeni, da ne more izmeriti razdalje do predmeta, ki stoji za drugim predmetom. To lahko omeji njegovo uporabnost v nekaterih aplikacijah.

V primerjavi z drugimi tehnologijami obsega, kot so laserski razpon in infrardeči razpon, je ultrazvočni razpon relativno poceni in enostaven za izvajanje. Zaradi tega je priljubljena izbira za široko paleto aplikacij.

Uporaba ultrazvočnega obsega

Ultrazvočni razpon se uporablja v različnih panogah, vključno z avtomobilsko, zdravstveno varstvom in robotiko. V avtomobilski industriji se ultrazvočni razpon uporablja za merjenje razdalje in zaznavanje ovir pri vozilih. To omogoča vozilom, da se izognejo trkom in varno parkirajo.

V zdravstveni industriji se ultrazvočni razpon uporablja za neinvazivno slikanje in merjenje razdalje med notranjimi organi. To medicinskim strokovnjakom omogoča diagnosticiranje in zdravljenje bolnikov brez potrebe po invazivnih postopkih.

Na področju robotike se ultrazvočni razpon uporablja za navigacijo in preprečevanje ovir. Roboti, opremljeni z ultrazvočnimi senzorji, lahko krmarijo po zapletenih okoljih in se izognejo oviram, zaradi česar so bolj učinkoviti in učinkoviti.

Prihodnost ultrazvočnega obsega

Področje ultrazvočnega območja se hitro razvija, novi napredki pa so ves čas dosegli. V prihodnosti bo verjetno, da bo ultrazvočni razpon vključen v še več panog in aplikacij.

Ena potencialna prihodnja uporaba ultrazvočnega območja je na področju avtonomnih vozil. Avtonomna vozila bodo za varno krmarjenje potrebovala zelo natančne in zanesljive sisteme za merjenje razdalje. Ultrazvočni razpon bi lahko imel ključno vlogo pri tem, kar bi zagotovilo potrebne meritve na daljavo, ki omogočajo varno delovanje avtonomnih vozil.

Druga potencialna uporaba ultrazvočnega obsega je na področju industrijske avtomatizacije. Z naraščajočim povpraševanjem po učinkovitih in stroškovno učinkovitih sistemih za avtomatizacijo bi lahko ultrazvočni razpon imelo ključno vlogo pri zagotavljanju natančnih in zanesljivih meritev za industrijske robote.

Zaključek

Za zaključek je ultrazvočni razpon tehnologija, ki za določitev razdalje med dvema predmetoma uporablja visokofrekvenčne zvočne valove. Postalo je bistveno orodje v različnih panogah, vključno z avtomobilsko, zdravstveno varstvom in robotiko. Načelo ultrazvočnega območja temelji na fiziki zvočnih valov in je mogoče z uporabo ultrazvočnih pretvornikov. Medtem ko ima ultrazvočni razpon nekaj omejitev, ima tudi več prednosti, zaradi česar je priljubljena izbira za široko paleto aplikacij. Prihodnost ultrazvočnega obsega je videti svetla, z novimi napredki in potencialnimi aplikacijami na obzorju.

Frekvenca zvočnega vala, ki jo lahko slišijo človeška ušesa, je 20Hz ～ 20kHz. Kadar je frekvenca višja od 20kHz, ga človeško uho ne sliši. Zato zvočni val imenujemo s frekvenco, višjo od 20kHz 'ultrazvočnega vala '.

Ultrazvok ima močno usmerjenost in potuje na dolge razdalje v zraku. Očitno se bo odražalo, ko naletite na ovire. Zato ljudje pogosto uporabljajo ultrazvočni val za merjenje razdalje.

Najpogostejša metoda merjenja ultrazvočne razdalje je metoda odkrivanja odmeva. Ultrazvočni oddajnik oddaja ultrazvočne valove v določeni smeri. Hkrati z emisijo se časovnik začne časovno. Ultrazvočni sprejemnik takoj ustavi čas, ko prejme odsevne ultrazvočne valove. Hitrost širjenja ultrazvočnih valov v zraku je 340m/s. Glede na čas, ki ga beleži timer, je mogoče izračunati razdaljo od emisijske točke do površine ovire.

Glavni kazalniki zmogljivosti ultrazvočnih senzorjev vključujejo:

(1) Delovna frekvenca. Delovna frekvenca je resonančna frekvenca piezoelektričnega čipa. Kadar je frekvenca izmenične napetosti, ki se uporablja na njegovih dveh koncih, enaka resonančni frekvenci čipa, je izhodna energija največja in občutljivost je tudi največja.

(2) delovna temperatura. Ker je točka razdalje piezoelektričnega materiala na splošno relativno visoka, zlasti ultrazvočna sonda za diagnozo uporablja majhno moč, zato je delovna temperatura razmeroma nizka in lahko deluje dlje časa brez odpovedi. Temperatura ultrazvočne sonde, ki se uporablja pri zdravljenju, je razmeroma visoka, potrebna pa je ločena hladilna naprava.

(3) občutljivost. V glavnem je odvisen od samega proizvodnega čipa, koeficient elektromehanskega sklopa je velik, občutljivost pa visoka.

S hitrim razvojem znanosti in tehnologije nam ni težko najti uporabe ultrazvočnih senzorjev. Na primer, vzvratni radar uporablja ultrazvočne valove za merjenje razdalje, da se uresniči funkcijo parkiranja in izogibanja oviram. Inženir iz Manorshi priporoča tri ultrazvočne senzorje MSW-A1458H09TR, MSW-A1440H09TR in MSW-A1840H12TR. Imajo dobro stabilnost, visoko občutljivost in visoko natančnost, trg pa je dobro sprejel.