本质上,一些动物 - 如蝙蝠和海豚 - 分析声音或呼叫的回声(称为echolocation的过程)导航或寻找猎物。在工业应用中,超声波传感器使用回声分析超声波确定对象的存在,位置或距离。
超声波的声波比人类听觉更高的频率发射的声波 - 通常高于20kHz。
超声波传感器使用压电陶瓷为了发射和接收超声波,在传输期间将电能转换为声能,然后在接收期间回到电能。通过分析回波的定时,失真或不存在,超声波传感器可以检测物体的存在或位置或测量到目标对象的距离。
用于工业应用的超声波传感器通常有三种品种:漫射模式,逆向反射和束。
漫反射模式是最常见的超声波传感器,使用单个换能器发射并接收超声波。简单的公式允许对象从换能器计算的距离:
D =对象的距离,单向(m)
C =指定介质中的声速(M / s)
发射与接收之间的时间,也称为“飞行时间”
逆向反射模式在于它仅使用一个换能器来发送和接收,但是在逆向反射模式下,通过单独安装的参考反射器,超声波恒定地反射到换能器。当传感器和参考反射器之间没有物体时,传感器从反射器接收恒定的回波。但是,如果对象进入感测范围,则回声波的反射变化,并且传感器通过改变回波的变化来检测对象的存在。当待检测的对象吸收声音或其表面不容易检测时,通常使用这种模式,例如非常平滑或倾斜的表面。
对于直通模式,发射极和接收器是沿公共轴彼此相对安装的单独的装置。当物体破坏发射器和接收器之间的超声波时,输出信号被激活。Thru-梁超声传感器具有典型的漫射模式或逆向反射传感器的检测范围。它们的开关频率也比其他类型快得多。
当单个换能器用作发射器和接收器时,它经历了盲区 - 传感器前面的区域,其中无法检测到物体。这是因为传感器不能同时传输和接收。盲区的尺寸由谐振能量从传输散射多长时间决定。
因为通过束梁式传感器使用单独的设备来传输和接收,因此它们不会遇到盲区。
输出可以是模拟电压或电流值,其与测量距离成比例地变化,表示位置,或用于开/关操作的切换输出。
超声波传感器对于几乎任何类型的目标介质都适用,包括透明的粉末和液体和物体,具有高光泽度,或者改变颜色。然而,吸收剂的材料 - 例如羊毛,棉或泡沫 - 降低了感测距离和精度。超声波传感器对大多数影响其他类型的传感器的扰动也有抵抗力,例如振动,环境噪音,灰尘,烟雾或雾气。一些制造商提供了在不锈钢外壳中密封的设计,因此它们可用于攻击性环境并满足食品和饮料应用的卫生要求。
传感范围取决于表面特性和要检测的物体的角度,但通常可以达到几米,分辨率在0.1mm和绝对精度的范围内(距离测量的准确度non对象)1%至3%。对于平坦的表面和定位于传感器的精确角度的表面,实现最长的感测范围。
因为它们依靠超声波的“飞行时间”,因此超声波传感器对影响波浪行程的速度的环境因素敏感。例如,气温*可以对超声波传感器的精度产生显着影响,因此它们通常包括温度探针和补偿算法。在高温下,空气中的声速受湿度的影响,随着湿度的增加,速度增加。
*空气中的声速在20°C的空气中大约343米/秒,但每度为0.175%。