Ультразвукові датчики положення та переміщення. Огляд ультразвукових датчиків відстані Що означає ультразвуковий датчик трансівер

Вхідна напруга 5 В постійного струму подається на висновки Vcc і GND датчика.

Докладніше про датчик:

Якщо подати позитивний імпульс на вхід датчика TRIG тривалістю 10 мкс, датчик відправить звукову хвилю (8 імпульсів на частоті 40 кГц - ультразвук) і встановить рівень логічної «1» на виході ECHO. Звукова хвиля відобразиться від перешкоди і повернеться на приймач датчика, після чого він скине рівень на виході ECHO в логічний «0» (те саме датчик зробить, якщо звукова хвиля не повернеться протягом 38 мс.) В результаті час наявності логічної «1» на виході ECHO дорівнює часу проходження ультразвукової хвилі від датчика до перешкоди та назад. Знаючи швидкість розповсюдження звукової хвилі у повітрі та час наявності логічної «1» на виводі ECHO, можна розрахувати відстань до перешкоди.


Відстаньобчислюється множенням швидкості тимчасово (у разі швидкості поширення звукової хвилі V, на час очікування луна Echo). Але так звукова хвиля проходить відстань від датчика до об'єкта і назад, а нам потрібно тільки до об'єкта, результат ділимо на 2:

L = V * Echo / 2

  • L- Відстань (м);
  • V– швидкість звуку повітря (м/с);
  • Echo- Час очікування відлуння (с).

Швидкість звуку у повітрі, На відміну від швидкості світла, величина не постійна і сильно залежить від температури:

V 2 = γ R T / M

  • V– швидкість звуку у повітрі (м/с)
  • γ - Показник адіабати повітря (од.) = 7/5
  • R- Універсальна газова постійна (Дж/моль*K) = 8,3144598(48)
  • T ° К) = t ° C + 273,15
  • M– молекулярна маса повітря (г/моль) = 28,98

Підставивши у формулу відомі значення γ , R, M, Отримаємо:

V ≈ 20,042 √T

  • T- Абсолютна температура повітря ( ° К) = t ° C + 273,15

Залишилось об'єднати формули обчислення Vі L, та перекласти Lз м в см, Echoз з в мкс, Tз ° До °C, отримаємо:

L ≈ Echo √(t+273,15) / 1000

  • L- Відстань (см)
  • Echo- Час очікування луна (мкс)
  • t– температура повітря (°C)

iarduino_HC_SR04 та iarduino_HC_SR04_int , синтаксис обох бібліотек однаковий. Вони самі розраховують усі значення і повертають лише відстань у див. Температура за замовчуванням встановлена ​​на 23°C, але її можна вказувати. Робота з бібліотеками та їхні функції описані нижче.

Для роботи з датчиком, нами розроблено дві бібліотеки iarduino_HC_SR04 та iarduino_HC_SR04_int, синтаксис обох бібліотек однаковий.

  • Перевагою бібліотеки iarduino_HC_SR04 є те, що датчики можна підключати до будь-яких висновків Arduino, а недолік полягає в тому, що бібліотека чекає на відповідь від датчика, який може тривати до 38 мс.
  • Перевагою бібліотеки iarduino_HC_SR04_int є те, що вона не чекає відповіді від датчиків (не призупиняє виконання скетчу), але висновки датчиків ECHO потрібно підключати тільки до тих висновків Arduino , які використовують зовнішні переривання.

Докладніше про встановлення бібліотеки читайте в нашій.

Приклади:

Визначення відстані за допомогою бібліотеки iarduino_HC_SR04:

#include // Підключаємо бібліотеку iarduino_HC_SR04 sensor(2,3); // Оголошуємо об'єкт sensor, вказуючи номери arduino підключені до висновків TRIG і ECHO датчика // Можна використовувати будь-які висновки Arduino void setup()( Serial.begin(9600); // Ініціалізація передачі в монітор послідовного порту ) void loop()( delay(500);// Затримка 0,5 сек Serial.println(sensor.distance());// Виведення відстані (см) при температурі повітря, близько +23 °C Serial.println(sensor.distance(-20) );// Виведення відстані (см) при температурі повітря, близько -20 °C Serial.println("==================");

Визначення відстані за допомогою бібліотеки iarduino_HC_SR04_int:

#include // Підключаємо бібліотеку iarduino_HC_SR04_int sensor(2,3); // Оголошуємо об'єкт sensor, вказуючи номери arduino підключені до висновків TRIG і ECHO датчика // (висновок ECHO потрібно підключити до висновку Arduino, що використовує зовнішнє переривання) void setup()( Serial.begin(9600); порту ) void loop()( delay(500); // Затримка 0,5 сек Serial.println(sensor.distance()); // Виведення відстані (см) при температурі повітря, близько +23 °C Serial.println( sensor.distance(-20));// Виведення відстані (см) при температурі повітря, близько -20 °C Serial.println("==================") ;)

Результат роботи обох прикладів:


З прикладу видно, що й під час вимірювань не враховувати температуру повітря, можна отримати результати з високою похибкою.

Сенсорні пристрої, що перетворюють електричний струм на хвилі ультразвуку, називаються ультразвукові датчики. Їх принцип дії аналогічний роботі радара, вони вловлюють мету за відображеним сигналом. Швидкість звуку – величина стала. На підставі цього таким датчиком обчислюється відстань до деякого об'єкта, що відповідає діапазону часу між виходом сигналу та його поверненням.

Пристрій та принцип дії

Працюють ультразвукові датчики, ґрунтуючись на взаємодії коливань ультразвуку з вимірюваним простором. Ультразвукові коливання – це механічні коливання, які відбуваються із частотою понад 20000 герц, отже, більше верхньої межі коливань звуку, сприйманого людиною.

Поширення таких коливань у газоподібних, рідких та твердих середовищах залежить від параметрів самого середовища. Швидкість передачі коливань для газів дорівнює 200-1300 м/с, для твердих тіл 1500-8000 м/с, для рідких речовин 1100-2000 м/с. Значно залежить швидкість коливань тиску газу.

Коефіцієнти відображення хвиль ультразвуку відрізняються на межах різних середовищ, як і їх здатність поглинання звуку. Тому ультразвукові датчики використовують для отримання інформації про різні неелектричні параметри за допомогою вимірювання властивостей коливань ультразвуку: зсуву фаз, часу згасання, поширення коливань.

Ультразвукові способи вимірювання є електричними, оскільки збудження коливань та їх прийом здійснюється за допомогою електрики. Найчастіше в датчиках застосовують п'єзоелементи, перетворювачі магнітострикційного виду. Для порушення коливань ультразвукової частоти застосовується ефект розтягування та стиснення п'єзокристалу, званий зворотним п'єзоефектом. Тому п'єзоелемент застосовується як як приймач коливань, так і як випромінювач.

Випромінювачі магнітострикційного виду застосовують ефект деформації феромагнітів у магнітному полі. Випромінювач стрижневого вигляду виконаний у вигляді тонких листів феромагнетика, на якому намотана котушка збудження.

У магнітострикційних випромінювачах часто застосовуються сплави нікелю, ферити. При знаходженні феромагнітного стрижня в змінному магнітному полі він розтискатиметься і стискатиметься з частотою поля. На малюнку показано залежність зміни (відносного) довжини стрижня від напруженості поля Н. Оскільки напрямок поля не впливає на знак деформації, то частота деформації буде в 2 рази вищою за частоту збудливого поля.

Щоб отримати значні механічні деформації, застосовують підмагнічування стрижня. Магнітострикційні випромінювачі діють в умовах резонансу, якщо частота поля збудження збігається з коливаннями стрижня, що визначаються за формулою:

Де l- Довжина стрижня, Е- модуль пружності, р- густина.

У випромінювачі на основі п'єзоелемента застосовується кварцова пластина, до якої підключено змінну напругу U х, що утворює електричне поле осі Х.

Зворотний ефект полягає в деформації пластини по осі Х. Відносна зміна розміру пластини (товщини) дорівнює:
Δa/a=kUx/a
Поперечний ефект полягає в деформації пластини по осі У. Відносна зміна товщини пластини дорівнює:
Δl/l=kUx/a

Розміри пластини не впливають на величину поздовжньої деформації. Поперечна деформація підвищується із збільшенням відношення l/а. При різниці потенціалів до 2500 вольт є пряма залежність деформації та напруги. При високих напругах деформація підвищується негаразд інтенсивно. Амплітуда коливань сягає найбільшого значення, коли частота напруги і частота коливань пластини збігаються.

Частота поздовжніх коливань обчислюється:

Модуль пружності визначається по осі Х. Модуль пружності по осі У впливає на частоту поперечних коливань:

Якщо порівняти два розглянуті типи випромінювачів, можна зробити висновок, що п'єзоелектричні випромінювачі можуть забезпечити більшу частоту коливань ультразвуку.

Розглянемо роботу датчика за часом проходження сигналу. Обробка відбитого сигналу здійснюється у тій точці, звідки й випромінюється. Такий метод є безпосереднім виявленням.

Рис 1

Ультразвукові датчики в момент часу Т 0 випромінюють сигнал (деякий набір імпульсів) тривалістю ∆t, що розповсюджується в середовищі зі звуковою швидкістю С. При досягненні об'єкта сигналом частина його відображається і повертається в приймач за час Т 1 . Схема електронного пристрою, призначена для обробки сигналу, визначає відстань, обчислюючи час Т1 - Т0.

Для визначення відстані може використовуватись схема з однією або двома головками датчика. У випадку з двома головками одна з них випромінює сигнал, а друга приймає відбитий сигнал.

Ультразвукові датчики з однією головкою

Ця схема має значний недолік, який полягає в тому, що після видачі сигналу потрібен час для заспокоєння мембрани для подальшої роботи на прийом відбитого сигналу. Цей період називають «мертвим» часом.

Мертвий час змушує ультразвукові датчики працювати у «сліпій зоні». Іншими словами, коли об'єкт розташований дуже близько, то відбитий сигнал повертається у вимірювальну головку настільки швидко, що вона ще не перебудувалась на роботу прийому, внаслідок чого об'єкт не виявляється.

Рис 2

Тривалість процесів переходу від випромінювача до приймача залежить від різних факторів, якими є: особливості пристрою датчика, матеріал виготовлення, внутрішнє згасання, загальна маса, що коливається.

На малюнку 2 зображено схему функціонування датчика безпосереднього виявлення. За допомогою імпульсу запуску схема збудження випромінювача стає активною. Вона формує певний набір імпульсів. Тим самим імпульсом запуску здійснюється блокування входу підсилювача приймача. При відключенні випромінювача відбувається розблокування приймача.

Відновлення приймача відбувається близько 300 мкс. Це набагато менше часу заспокоєння випромінювача. Внаслідок цього параметри приймача не впливають на розмір сліпої зони.

При знаходженні об'єкта з необхідною здатністю відображення в контрольованій зоні, відбитий сигнал збуджує на мембрані змінну напругу високої частоти, яка обробляється методами виявлення аналогового сигналів: посилюється, обмежується, приходить на компаратор.

Ця напруга перевищує задане значення порога виявлення, що сигналом того, що об'єкт знаходиться в контрольованій зоні. Схема електронного пристрою фіксує проміжок часу, який минув з моменту активації випромінювача та створює на виході електричний сигнал. Довжина цього сигналу залежить від розміру цього інтервалу часу і передається на цифровий індикатор.

Схема керування після реєстрації першого сигналу відбиття затримує створення наступного пускового імпульсу. При цьому вона очікує на ймовірний прихід відбитого сигналу від найбільш віддалених об'єктів у контрольованій зоні.

Ультразвукові датчики з двома головками

Істотно скоротити сліпу зону можна шляхом використання двох різних головок датчика для приймача та випромінювача. При цьому необхідно створити найбільшу чутливість схеми правильним вибором однакової частоти резонансу приймача і випромінювача.

Відстеження порога

Розмір сліпої зони є важливим параметром ультразвукового датчика, який визначає його успіх застосування. Тому виробники намагаються знизити цю величину у різний спосіб.

Для такої мети застосовують метод відстеження порога виявлення. На малих відстанях протягом процесу переходу сигнал встигає багато разів пройти шлях між об'єктом та сенсором. Точність виявлення значно зменшується внаслідок спотворень, що вносить сигнал з багаторазовим відображенням. Похибка цього зростає з наближенням до об'єкту.

Це змушує знайти компроміс між точністю вимірювання, хибною тривоги та чутливістю виявлення. На малюнку 3 показаний спосіб відстеження порогу виявлення.

Рис 3

Він полягає в тому, що напруга порога детектора, яка подається на , створюється напругою, що змінюється в часі і копіює форму хвоста набору імпульсів, одержуваних під час згасання коливань мембрани.

Проблема полягає в тому, що детектор невідомо який за рахунком із відбитих сигналів перевершив межу порога виявлення. На малюнку видно, що другий із відбитих сигналів виявився зареєстрованим. Це спричинило визначення відстані величиною, перевищує дійсну величину вдвічі. Таку ситуацію не можна допускати, тому датчики підлягають налаштуванню, щоб уникнути попадання об'єктів у сліпу зону.

Зразкові властивості ультразвукових датчиків в залежності від відстані наводяться у таблиці

Використання способу відстеження межі чутливості дозволило знизити сліпу зону вдвічі. Але для застосування датчиків біля сліпої зони необхідне ретельне опрацювання. Тому у властивостях датчика на відстані крім інтервалу зондування наведено інтервал налаштування.

Інтервал зондування – це інтервал відстані виявлення, який визначається лише можливостями датчика у вигляді спрямованості та потужності променя, а також властивостями об'єкта.

Інтервал налаштування – це інтервал відстаней, у якому можна регулювати датчик за місцем для його найкращого застосування у конкретному випадку. При цьому необхідно враховувати розташування об'єкта щодо датчика та його властивості.

Датчики REAL3 від Infineon використовують ToF-технологію для вимірювання часу прольоту ІЧ-імпульсів світла та побудови тривимірної картини навколишнього простору. Головною особливістю цих сенсорів стає чутлива матриця, здатна як фіксувати ІЧ-випромінювання, а й вимірювати амплітуду прийнятих сигналів. Завдяки компактним розмірам сенсори REAL3 можуть використовуватися не тільки в промислових додатках, але і в компактних комерційних пристроях, таких як сучасні смартфони.

В даний час розвиток ультразвукових сенсорів йде за декількома напрямками: розширення радіусу дії, зменшення споживання, зниження габаритів, скорочення вартості. У цій статті розповідається про нові безтрансформаторні датчики 2-го покоління від Elmos Semiconductor з розширеним радіусом дії.

У цьому посібнику розглядаються такі питання: неузгоджена робота ультразвукових датчиків; синхронна робота ультразвукових датчиків; послідовний запуск та зациклена робота ультразвукових датчиків. А також питання та відповіді про перехресні перешкоди, що виникають при використанні ультразвукових датчиків.

Ультразвукові датчики вирішують багато домашніх проблем, коли справа стосується безпеки вашої родини, захисту вашого банківського рахунку або захисту вашого будинку від пошкоджень. У статті розглядаються деякі приклади їхнього використання.

Ультразвукові датчики MaxBotix мають велику популярність серед розробників мобільних роботів. Це стосується як великих серійних, так і маленьких освітніх проектів. На відміну від багатьох інших виробників, MaxBotix виконує заводське калібрування своїх датчиків, щоб мінімізувати розкид їх характеристик. Компанія пропонує багатий вибір ультразвукових сенсорів для найширшого спектру додатків, а також виконує розробку датчиків за вимогами замовника, допомагає при виборі оптимальних моделей та забезпечує технічну підтримку при вирішенні проблем, що виникають.

MB1340 – високопродуктивний ультразвуковий далекомір серії XL-MaxSonar®-AE4™, яка характеризується високою стійкістю до перешкод і дуже вузькою діаграмою спрямованості. Вироби лінійки призначені для використання усередині приміщень. Датчик MB1340 розроблений та відкалібрований для отримання надійної інформації про відстані до великих об'єктів навіть за умов сильних акустичних та електричних шумів.

Ультразвукові сенсори найчастіше використовуються як датчики наближення або присутності. При цьому вимоги до них сильно залежать від конкретної програми. Десь ключовими параметрами стають метрологічні характеристики, десь важливішим є рейтинг захисту IP або можливість спільного використання кількох сенсорів. Компанія MaxBotix, будучи одним з лідерів виробництва ультразвукових датчиків, пропонує свої рішення для різних додатків.

Ультразвукові датчики серії XL-MaxSonar-EZ (MB12x0) та I2XL-MaxSonar-EZ (MB12x2) призначені для виявлення об'єктів та людей у ​​приміщенні. Вони мають високу акустичну вихідну потужність та автокалібрування в реальному масштабі часу в кожному циклі вимірювання для компенсації впливу температури, вологості, напруги живлення та схему придушення акустичних або електричних шумів.

В даний час все більше функцій, пов'язаних із продажем та консультаціями, виконують електронні термінали. Спеціально для інтерактивних терміналів MaxBotix пропонує серію ультразвукових сенсорів наближення ProxSonar. Ці датчики дозволяють задавати дистанцію спрацьовування в межах від 30 см до 2 м, що корисно для точної установки алгоритмів поведінки терміналу.

Перші безконтактні датчики відстані видавали інформацію лише про наявність або відсутність предмета перед датчиком у вигляді дискретного сигналу ON/OFF. Ці найпростіші датчики досі знаходять величезне застосування у різних галузях промисловості. У той самий час на вирішення складніших завдань автоматизації технологічних процесів інженерам потрібна додаткова інформація про становище об'єктів виміру. Для цих цілей були розроблені датчики, що дозволяють визначати відстань до об'єкта та його положення за допомогою аналогового виходу, сигнал на якому пропорційний відстані до об'єкта, що вимірювається. Такі датчики можуть бути використані у безлічі застосувань, таких як визначення відстані до об'єкта, вимірювання товщини, вимірювання нахилу та деформації, вимірювання профілю виробу, центрування та вимірювання діаметра.

Датчики для вимірювання відстані можуть використовувати різні принципи вимірювання: індуктивний, ультразвуковий або оптичний, проте всі вони мають електричний вихідний сигнал, величина якого пропорційна відстані до об'єкта, що вимірювається. У таблиці 1 наведено основні типи аналогових безконтактних датчиків для вимірювання відстаней та їх основні особливості.

Таблиця 1

Індуктивні Ультразвукові Оптичні
Тріангуляційні Радарні
Відстань 0 – 20 мм 10 – 10.000 мм 10 – 1.000 мм 10 – 500.000 мм
Дозвіл 0,1 мкм 0,1 мм 1 мкм 0,5 мм
Точність 1 мкм 0,2 мм 2 мкм 2 мм
Лінійність 0,4% – 5% 0,5% 0,05% - 1% 0,001%
Час 0,3 мс 20 мс 1 мс 1 мс

Індуктивні датчики. Індуктивні датчики відстані визначають відстані до провідних металевих об'єктів, таких як сталь, алюміній, латунь. Оскільки принцип роботи індуктивних датчиків заснований на визначенні струмів взаємної індукції, такі датчики дуже стійкі до впливу неметалічних предметів та перешкод, таких як, наприклад, пил або олія. Сучасні технології дозволяють створити індуктивний датчик з аналоговим виходом має діаметр всього 6 мм і відстань, що вимірюється 2 мм. Такі датчики з високою роздільною здатністю та швидким часом відгуку знаходять застосування у більшості високошвидкісних завдань.

Разом з тим, незважаючи на прекрасну точність, дозвіл та час відгуку, суттєва нелінійність, що становить 3% - 5%, становить певну проблему. Щоб подолати це деякі виробники визначають вихідний сигнал датчика як поліномну функцію, що математично описує сигнал, і тим самим дають можливість запрограмувати за допомогою такої функції більшість сучасних контролерів для більш точного алгоритму вимірювання. Типова функція, що описує вихідний сигнал аналогового індуктивного датчика в залежності від відстані, представлена ​​нижче:

Відстань = a + b (I вих) + c (I вих)2 + d (I вих)3 + e (I вих)4

Де: I вих = вихідний струм
Вимірювана відстань = 0-2 мм, 0-20 мА (I вих)

Коефіцієнти функції мають такі значення:
a = -0.144334; c = -0.00782; e = -7.27311? 10-6; b = 0.151453; d = 0.00040

Тим самим, наприклад, з відривом 0,4638 мм вихідний сигнал буде 5 мА. Проблеми з лінійністю можуть бути вирішені з використанням інтегрованого в датчик мікропроцесора. Такий метод дозволяє зробити лінеаризацію вихідної характеристики датчика та суттєво знизити нелінійність. Наприклад, індуктивний датчик діаметром 12 мм та відстанню виміру 0 – 4 мм., з вбудованим мікропроцесором має лінійність краще, ніж 0,4%.

Ультразвукові датчики. Принцип дії ультразвукових датчиків відстані заснований на випромінюванні імпульсів ультразвуку та вимірі, поки звуковий імпульс, відбившись від об'єкта вимірювання, повернеться назад у датчик. При цьому досягається роздільної здатності до 0,2 мм.

Завдяки тому, що п'єзорезистивний перетворювач може бути як випромінювачем, так і приймачем ультразвукових імпульсів, з'являється можливість створити ультразвукові датчики відстані з одним перетворювачем. Такий перетворювач спочатку випромінює короткий ультразвуковий імпульс. Одночасно з цим у датчику запускається внутрішній таймер. Коли відбитий від об'єкта ультразвуковий імпульс повернеться назад у датчик, таймер зупиняється. Час, що минув між моментом випромінювання імпульсу і моментом, коли відбитий імпульс повернувся в датчик, є основою обчислення відстані до об'єкта. Повний контроль за процесом виміру здійснюється за допомогою мікропроцесора, що забезпечує високу лінійність вимірів. Найбільш важливими особливостями застосування ультразвукових датчиків служить їхня можливість вимірювати відстані до таких складних об'єктів таких як, наприклад, сипучі речовини, рідини, гранули, прозорі або навпаки, що сильно відображають поверхні. На додаток до ультразвукових датчиків можна вимірювати порівняно великі відстані, при цьому, зберігаючи їх невеликі розміри, що може бути істотно для ряду застосувань.

Однак і ультразвукові датчики мають низку обмежень. Насамперед, це піна та інші об'єкти, що сильно поглинають ультразвукові коливання. Таке поглинання сильно зменшує вимірювану дистанцію. Сильно вигнуті поверхні також знижують відстань і точність вимірювань, оскільки розсіюють ультразвукові коливання в різних напрямках. Ультразвукові датчики випромінюють імпульс у вигляді широкого конуса, що також обмежує можливість вимірювання відстані до невеликих об'єктів, збільшуючи рівень перешкод від інших об'єктів, які можуть перебувати в полі зору датчика. Деякі ультразвукові датчики мають конус із кутом всього 5 градусів. Це дозволяє використовувати їх для вимірювання набагато менших об'єктів, наприклад, таких як пляшки або ампули.

Оптичні датчики. Існує безліч різних способів виміряти відстань до предмета за допомогою оптики: наприклад, лазерні інтерферометри, датчики з розсіяним відображенням світла і оптичні датчики радарного типу. Кожен із видів датчиків має свої сильні та слабкі сторони. Лазерні інтерферометри мають великий діапазон вимірів та точність кілька нанометрів, однак ці прилади дуже дорогі та складні в експлуатації. Датчики з розсіяним відображенням і аналоговим виходом можуть вимірювати відстані в широких межах, однак оскільки вони працюють з відбитим світлом, то можуть бути проблеми з вимірюванням відстаней до забарвлених об'єктів, що відбивають. Оптичні датчики радарного типу, переважно лазерні, можуть вимірювати великі відстані, проте принцип їх роботи, заснований на вимірі часу розповсюдження світла від датчика до об'єкта і назад, дозволяє вимірювати з обмеженою роздільною здатністю 2 – 3 мм.

Переважна більшість завдань із виміру у промисловості посідає діапазони від часток мікрон до кількох десятків метрів. При цьому датчики повинні працювати з далекими від ідеальних об'єктами: малого розміру, що мають різний колір, складну структуру поверхні і переміщаються з високою швидкістю. Для таких цілей найбільше підходять лазерні датчики відстані, що працюють за принципом оптичної тріангуляції.


Малюнок. Принцип роботи оптичного датчика відстані

На малюнку показано принцип роботи оптичного датчика відстані. Лазер надсилає через лінзу промінь, який відбивається від об'єкта і фокусується на лінійці з фотодіодів, яка утворить світловий сигнал в електричний. Будь-яка зміна відстані до об'єкта викликає зміну кута відбитого променя і, отже, позиції, яку відбитий промінь займає на лінійці фотодіодів. Мікроконтролер обробляє сигнал від лінійки фотодіодів і перетворює його на аналоговий електричний сигнал.

Найбільш важлива якість таких датчиків відстані полягає в поєднанні високої точності вимірювання та великих вимірюваних відстанях. Більшість виробників пропонують датчики з роздільною здатністю від 1 мкм до 1мм. Однак висока точність можлива лише щодо коротких відстанях. Так що, наприклад, точність 1 мкм на відстанях 1 метр отримати навряд чи вдасться.

Для зниження впливу шумів усі лазерні датчики відстаней дозволяють проводити інтегральні чи усереднені виміри. У цьому виробляється безліч вимірів відстані до об'єкта і результат потім усереднюється, цим підвищується точність вимірів. Однак велика точність вимагає великої кількості вимірів, збільшуючи при цьому загальний час виміру. Так, наприклад, щоб забезпечити точність в 1 мкм типовий час вимірювання становить близько 0,1 сек.

Правильний вибір датчика. Для того, щоб правильно вибрати відповідний датчик відстані, необхідно відповісти на 7 питань:

З чого складається об'єкт виміру? Яка відстань до об'єкту? Яка потрібна точність? Наскільки швидко рухається об'єкт? Які є зовнішні несприятливі умови? Який тип вихідного сигналу потрібний? Наскільки обмежений простір для встановлення датчика?

Отримавши відповідь на ці питання, та володіючи знанням принципів роботи індуктивних, ультразвукових та оптичних датчиків відстані, Ви зможете найкраще вибрати необхідний датчик.

Ультразвуковий датчик відстані точно так, як і оптичний, отримав широке використання в автоматизації на різних виробництвах. На відміну від далекомірів оптичного типу, цей вид датчиків має менший діапазон вимірювальних значень, а також значно меншу швидкість вимірювань.

Існує кілька переваг: порівняно висока точність приладу, низька чутливість до забруднення повітря навколишнього середовища, до фарбування поверхні об'єктів, а також має величезний діапазон температур, при яких його можна експлуатувати.

Ультразвукові датчики досить компактні, мають якісну конструкцію, в них відсутні різні рухомі деталі. Крім того, обладнання практично не потребує обслуговування.

Ультразвукові датчики використовуються для обчислення часового проміжку, який може знадобитися звуку для руху від приладу до того чи іншого об'єкта і назад до датчика (функціонування в дифузійному режимі), або для перевірки, чи був прийнятий відправлений сигнал певним окремим приймачем (для опозиційного режиму роботи) .

Датчик положення застосовується з метою контролю наявності або розташування різних механізмів, а також для того, щоб здійснювати підрахунок присутніх об'єктів. Такий прилад можна використовувати і ролі сигналізатора граничного рівня різного роду рідини чи сипких речовин.

Принцип роботи ультразвукового датчика положення підтримує два режими:

  • опозиційний;
  • дифузійний.

При опозиційному режиміФункціонування передавач з приймачем є окремими пристроями, які встановлюють один навпроти іншого. При цьому вихід вимикача буде активізований у разі, якщо ультразвуковий пучок стикається з перешкодою (об'єктом).

Вирізняють кілька особливостей:

  1. Великий діапазон, адже ультразвуковий пучок долає сигнальну відстань лише один раз;
  2. Досить швидке перемикання;
  3. Не дуже сприймає інтерференцію, що дозволяє використовувати його у досить важких умовах;
  4. Порівняно висока вартість монтажних робіт, тому що необхідно встановити два датчики – передавач та приймач.

Для автономного включення-вимикання освітлення зовсім не обов'язково купувати спеціальний прилад. Можна зробити, керуючись покроковою інструкцією.

Перед датчиком необхідно відрегулювати його і не допускати забруднень поверхні, оскільки це може негативно впливати на працездатність детектора.

Дифузійним режимомроботи називають функціонування датчиків у тому випадку, коли випромінювач із приймачем розміщені в одному корпусі. Завдяки цьому мінімізують вартість монтажної роботи, адже потрібно закріпити і налаштувати лише один пристрій.
Однак він характеризується більшим часом спрацьовування, ніж період, властивий для тих, що діють в опозиційному режимі.

Особливості датчиків відстані та переміщення

Принцип роботи ультразвукових датчиків відстані та переміщення практично нічим не відрізняється від вище розглянутого приладу. Невелика різниця полягає лише в тому, що на виході є аналоговий сигнал, а не дискретний.

Датчики такого типу використовуються з метою перетворення лінійних показників відстані до виявленого об'єкта електричні сигнали, які відповідають стандарту 4-20 мА або 0-10 Вольт. Точність вимірювання не менше 0,5 мм при відстані менше одного метра, а також приблизно 1 мм, якщо відстань становить більше одного метра.

Для забезпечення безпеки використання домашньої електромережі треба знати: . При цьому треба враховувати нюанси при встановленні різних видів захисного обладнання.

Але перед монтажем автомата електрощиток необхідно оцінити в різних ситуаціях. Успіх монтажу та заміни залежить від правильно складених типових схем та суворого дотримання етапів робіт із встановлення.

Датчики з аналоговим виходом та налаштуванням верхньої межі вимірювань вимагають вказівки верхньої межі вимірювання відстані. Це виконується завдяки шліци потенціометру, який виведений на корпусі приладу.

Ультразвукові датчики відстані та переміщення, що мають аналоговий вихід та властивість запам'ятовування діапазону робіт, передбачає таку особливість, як фіксування налаштувань нижньої та верхньої меж вимірювань.
Це пояснюється наявністю деякої енергозалежної пам'яті та застосуванням методу програмування обладнання. Для того, щоб налаштувати діапазон функціонування, перед датчиком необхідно помістити об'єкт біля першого кордону вимірювання, потім натиснути кнопку для запам'ятовування і перемістити предмет на інший кордон, після чого знову натиснути на цю кнопку.

Як діє датчик із двома цифровими виходами?

Ультразвуковий датчик із двома цифровими виходами, а також пам'яттю порогів включення, має цілу низку особливостей. Так, для порогового регулювання необхідно, щоб величина провису або рівень рідини не повинні перевищувати одну величину або бути значно меншою за іншу. Привід цього регулятора можна приєднувати до корпусу лише одного пристрою. Налаштування порогів спрацьовування двох виходів відбувається за допомогою кнопки на панелі датчика.

Можливість встановлювати два датчики близько один до одного пояснюється організацією поперемінної дії, що дозволяє така особливість, як вхід синхронізації. Завдяки цьому можна створювати регулятор із чотирма порогами, який проводить незалежні вимірювання по обох парах порогів спрацьовування.

Використання схеми ультразвукового датчика спрямовано систему регулювання рідин, присутніх у резервуарах, за двома рівням.
Перший датчик здійснює вимірювання регулювальних рівнів, а другий на аварійних рівнях. Завдяки синхронізації процесів прилади функціонують, не перешкоджаючи один одному.

Відео із простим прикладом роботи ультразвукового датчика відстані

 

Будь ласка, поділіться цим матеріалом у соціальних мережах, якщо він виявився корисним!