| 超聲波傳感器概要 | |||||||||||||||||
超聲波傳感器的定義
超聲波傳感器,是通過送波器將超聲波向?qū)ο笪锇l(fā)送,通過受波器接受這種反射波,來檢測對象物的有無和距離對象物的距離。(距離設(shè)定型、限定區(qū)域型:*參見「 分類 」)。通過計(jì)算從超聲波發(fā)信到受信為止所需要的時(shí)間和聲速的關(guān)系,來計(jì)算傳感器和對象物之間的距離。此外,有些機(jī)器通過對穿過送波器和受波器間物體產(chǎn)生的超聲波的衰減或遮斷進(jìn)行檢測,從而檢測對象物的有無。(對射型、回歸反射型:*參見「 分類 」)。 | |||||||||||||||||
| 原理 在超聲波的發(fā)信/受信中使用了壓電陶瓷。 壓電陶瓷的定義 由于施加在元件上的機(jī)械力,在電極間隨著力而產(chǎn)生了電動(dòng)勢。此外,與此相反,若在電極間施加了電壓,隨著其大小則會(huì)產(chǎn)生機(jī)械性位移。 通過這種電動(dòng)勢的大小,來檢測、計(jì)量對象物的有無和傳感器到對象物之間的距離。
由于以空氣為媒介,因此在吹風(fēng)處和因高溫物體而使空氣流動(dòng)的場所使用時(shí),以及在吸收音波的粉體等中使用時(shí)要注意。
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| 分類 按檢測方式分類
不確定區(qū)域?qū)儆诰嚯x調(diào)整范圍外,但根據(jù)可檢測物體不同,有時(shí)可通過多重反射進(jìn)行檢測。在該范圍內(nèi)動(dòng)作將變得不穩(wěn)定。請避免使可檢測物體進(jìn)入該范圍。 | |||||||||||||||||
| 術(shù)語解說 音速 將空氣中的聲速C作為近似式,表示為 C=331.5+0.61θ(m/s)θ:氣溫(℃) 若氣溫變化則聲速也變化,這就是因溫度差引起的距離測定誤差。 反射與對射 在同樣的媒介中超聲波將直線傳播,在與不同媒介的臨界面會(huì)出現(xiàn)反射、對射的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象受媒介的種類、形狀的影響。在大氣中,即使是人體也會(huì)出現(xiàn)明顯的反射現(xiàn)象,其檢測較為容易。 多重反射 是指對于在可檢測物體上反射一次后回歸的反射,該反射波反射到傳感器探頭或附近的物體、天花板面等,并再次回歸反射到可檢測物體的反射兩次以上的反射波。 例如2次反射的情況下,則會(huì)受到恰好與處于2倍距離的一次反射相同的反射波。
限定區(qū)域(反射型) 在檢測距離的調(diào)整中,不僅是最大檢測距離,對最小檢測距離也能連動(dòng)或單獨(dú)調(diào)整,該可檢測范圍稱為限定區(qū)域(區(qū)域限定)。
不感應(yīng)區(qū)與不確定區(qū)域(反射型) 檢測距離調(diào)整的結(jié)果,傳感器探頭面和最小檢測距離間無法檢測的區(qū)域稱為不感應(yīng)區(qū),因傳感器探頭的結(jié)構(gòu)及余響振動(dòng),在探頭附近無法檢測的區(qū)域稱為不確定區(qū)域。 但在不確定區(qū)域中,有時(shí)可通過傳感器與物體間的多重反射進(jìn)行檢測。 指向特性 將所需的音響能量施加到目標(biāo)物上所必須的無指向性送波器和指向性送波器的音響輸出比稱為指向性增益。 頻率越高、振動(dòng)面積越大,指向性越尖銳,可高效地發(fā)射聲波。 作為超聲波開關(guān)使用的傳感器部分的指向特性,在聲壓減半角(半功率角)中為8~30°左右。 指向特性很大程度還受傳感器喇叭的形狀、振子的振動(dòng)模式等的影響,所以應(yīng)根據(jù)要檢測的動(dòng)作區(qū)域,來決定傳感器部形狀、使用頻率、振子的種類等。
聲壓減半角(半功率角) 表示指向性的指標(biāo)之一。從振子的中心,即聲響能級(聲音的強(qiáng)度)從最大的角度起,偏移角度后,衰減到聲響能級為最大值的1/2的角度(由于對稱,所以實(shí)際為2倍的角度)稱為半功率角。 邊波瓣 將從振子的中心,即聲響能級(聲音的強(qiáng)度)為最大的角度開始偏移角度時(shí)的聲響能級,用中心開始的長度表示的圖表來表示其指向性,但它具有一種特性,即隨著中心開始的角度增加而減少,隨后再次增加的特性。 這種特性稱為邊波瓣(side lobe),有時(shí)會(huì)對周圍物體亂發(fā)射等,影響檢測特性。 振子 一種施加電氣能量后產(chǎn)生超聲波,或?qū)⒊暡ㄕ駝?dòng)能量轉(zhuǎn)換為電氣信號的元件,通常,超聲波開關(guān)多采用壓電現(xiàn)象的鈦酸鋇振子,其形狀有圓板形和圓筒形。 喇叭 將超聲波向一定方向聚焦發(fā)射或是為了接受超聲波的反射器,其形狀尺寸決定了傳感器的指向特性。
送波 是指在發(fā)振側(cè)連接振子,向指定方向發(fā)射的超聲波,通常用施加在振子上的電壓值或聲壓來表示。 受波 是指直接接受發(fā)送來的超聲波,或在振子位置接受物體發(fā)出的反射波,通常用轉(zhuǎn)換后的電壓值或聲壓表示。 余響 若在振子上,以脈沖形式施加了接近其共振頻率的電氣信號,則即使電氣信號消失,超聲波振動(dòng)也會(huì)機(jī)械性的持續(xù)短時(shí)間的現(xiàn)象稱為余響。在反射型中,這種余響現(xiàn)象若持續(xù)長時(shí)間,則無法檢測。
F.S.(Full Scale) 表示額定檢測距離的范圍,根據(jù)各型號不同,值也不同。 直線性 在溫度、電壓一定的條件下,將距離和線性輸出的關(guān)系以圖表表示時(shí),表示相對于理想直線,其最大誤差的比例。 可檢測物體的種類與形狀(反射型) 可檢測物體可分為如下幾類: (A)平面狀……液體、箱子、塑料片、紙、玻璃等。 (B)圓柱狀……罐、瓶、人體(人體保護(hù)用途除外)等。 (C)顆粒體或塊狀……礦物、巖石、煤炭、焦炭、塑料球等 反射效率根據(jù)這些可檢測物體的形狀而有所差異: (A)的情況下,反射波回歸最多,但受可檢測物體傾斜的影響會(huì)變大。 (B)、(C)的情況下,會(huì)有漫反射,反射波不一樣,但受傾斜的影響少。
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