ultrahangos érzékelők
Amikor kiválasztunk egy ultrahangos érzékelő szükséges figyelembe venni a sajátosságait a környezet és a természet annak hatása a teljesítmény mérése és műszerek.
Ultrahang átalakítók általánosan használt közelítésérzékelők (proximity), a távoli tárgyak detektálására a különböző mérési távolságokra. Jellemzően az érzékelők működnek küldött rövidhullámú vonat ultrahang hullámok az irányt az érzékelési tárgy, amely visszaverődik a tárgy felületén vissza. Ezután az elektronikus áramkör állít időzítése között a pillanat, hogy a jelet és a pillanat kézhezvételétől visszavert. A távolság értékét származik időt és a hang terjedési sebessége a környezetben.
Jelenleg a piac széles körű ultrahangos érzékelők különböző kivitelben, működő különböző akusztikai frekvenciákon. Palette viselkedése eltérő akusztikai frekvenciákon hasonló környezeti feltételek nem egységes. A legtöbb esetben nem lehet probléma, vezetett a jellemzői a gyártó által megadott kiválasztani a megfelelő érzékelőt a feladatot. De abban az esetben, ha az eszközök jelennek meg összeomlik, vagy vannak jelentős hibákat mérések, szükséges, hogy egy alaposabb hatásvizsgálatának tényezők, mint például:
- Változások a hangsebesség hőmérsékletétől függően és tulajdonságait a környezet (elsősorban a levegő), - az adatok változása befolyásolja a mérési pontosságot és felbontást az érzékelők;
- Változások az akusztikus hullámhossz függvényében sebesség és a hang frekvencia -, hogy ezek a változások befolyásolják a mérési pontosság, felbontás, minimális méretű tárgy, minimális és maximális tárgytávolság;
- Változások a nagysága csillapítás függően a hang frekvencia és a páratartalom - mivel ezek a változások befolyásolják az érzékelő érzékenységét a maximális távolságot a levegőben;
- Változások a környezeti zajszint frekvencia függvényében -, hogy ezek a változások befolyásolják a maximális távolság érzékenysége és az objektum méretét;
- Változások a visszavert amplitúdója, mint a távolság függvényében, hogy a tárgy, mérete és felületi geometria - mivel ezek a változások befolyásolják az érzékenysége a távolság.
Ultrahangos érzékelők. Jellemzői alkalmazása és kiválasztása.
2. Ultrahang. Alapvető tulajdonságait.
Ultrahang - hanghullámok nem érzékeli az emberi fül frekvencia felett 20kHz. A szerepe a mikrofon és hangszórók terén ultrahang ködtetheti nevű átalakítók. A legtöbb érzékelőket használnak egy ultrahangos átalakító mindkét átviteli és vételi jeleket. A közelítésérzékelők és távolságmérés szánt folyamat automatizálási alkalmazott átalakítók, piezoelektromos átalakítók (a továbbiakban - piezoelements) egy üzemi frekvenciája 40 és 400 kHz.
3. A hang sebessége levegőben. És a hőmérséklet.
Ultrahangos érzékelők elve alapján működnek a echolocation - a tárgytól való távolság kiszámítása alapján a mérési időköz pillanata között a küldő és fogadó hang pulzus és a hang terjedési sebessége a közegben.
Gázok képletű hangsebesség (c) az alábbiak szerint:
c = √ (γ k T / m) = √ (γ RT / M) = √ (γ R (t + 273,15) / M), (1) ahol γ - adiabatikus index: 5/3 az egyatomos gázok, 7/5 a kétatomos (és levegő), 4/3 poliatomos; k - a Boltzmann állandó; R - egyetemes gázállandó; T - abszolút hőmérséklete Kelvin; t - a hőmérséklet Celsius-fokban; m - molekulatömeg; M - moláris tömege. A nagyságrenddel a sebessége a hang a gázt közel van az átlagos sebessége a termikus mozgás a molekulák az adiabatikus index állandóságának közelítése arányos a négyzetgyöke az abszolút hőmérséklet.
Hangsebesség gázokban (0 ° C-on, 101325 Pa)
m / s
Formula hangsebesség alatti levegő nyomása
ahol t - a hőmérséklet Celsius-fokban.
A függőség látható, hogy a terjedési sebessége hanghullámok együtt csökken a hőmérséklet. A legtöbb gyártó leírások az ultrahangos érzékelő jelzi a hőmérséklet hiba arányt,% -ban kifejezve fokonként hőmérsékleten. Ezután, adott L = ct, (3) az érzékenysége a távolság állítható.
Érzékelők magas, alacsony hőmérsékleten, vagy a megnyújtott hőmérséklet-tartományok fel vannak szerelve automatikus hőmérséklet kompenzáció.
4. A hossza a hanghullám.
akusztikus hullámhossz által meghatározott kapcsolatban:
ahol λ - a hullámhossz; c - a hangsebesség; f - frekvencia.
Ha a méret a akadályoktól és szabálytalanságok a környezetben lényegesen nagyobb, mint a hossza a hanghullám, szaporítását hang zajlik törvényei szerint a geometriai akusztika. Ha az akadályok hasonló a hullámhossz (vagy kevesebb), jelentős szerepe van a diffrakciós hullámok, amely kapcsolatban van, és szóródást hang. Ezeket a hatásokat figyelembe kell venni, amikor kiválasztunk egy szenzor különösen a kisméretű tárgyak érzékeléséhez és szabálytalanságokat. Például, a hang hullámhossza a sebessége 344 m / s (20 ° C-on, 1 atm) a frekvencia:
Egyenértékű hullámhossz és az érzékelő felbontását szerint sok gyártó a termék előírásoknak.
5. csillapítása. Függés a frekvencia a hang és a páratartalom.
Ha a hang terjedési a közegben a mechanikai, akusztikus nyomás amplitúdója következtében csökken a diffrakciós hullámok, szórás, abszorpció, irreverzibilis átalakulását energia más formái. Assessment mennyiségének abszorpciós veszteség és a csillapítás meghatározásához alkalmazott maximális tartománya az ultrahangos érzékelő akció. A gyengítési együttható (dB / m) növekszik a frekvencia az ultrahang, ugyanabban az időben, ha egyetlen frekvenciafüggőségét gyengítési együttható létezik a nedvességtől (levegő). A nedvességtartalom, amelynél maximális csillapítást eltér a különböző frekvenciákon. Például feletti frekvenciákon 125kHz maximális csillapítást akkor jelentkezik, ha a relatív páratartalom (HNS) 100%, 40 kHz frekvencia a maximális csillapítást akkor jelentkezik, ha 50% -a HNS. Határozzuk meg a maximális csillapítási együttható frekvenciák 50 400 kHz lehetséges, felhasználva a becsült képlet szerint:
ha egy (f) - gyengítési együttható (dB / m); f - frekvenciájú ultrahanggal (kHz) 20 ° C-on, 1 atm, 80% a HNS.
A grafikon (3.) Mutatja a kísérleti görbék különböző frekvenciákon, bemutatja a függőségét az csillapítási tényező a páratartalom.
Minél nagyobb a frekvencia a hang, annál kisebb a hatása a külső zajt. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a környezetben be egy kis mennyiségű magas frekvenciájú zaj és alacsony frekvenciájú zaj gyorsan szétszóródik a légkörben.
7. Hatás a gyakoriság, a távolság és a hang terjedési közeg az amplitúdó a hangnyomás.
Az ultrahangos érzékelő küld hang rövidhullámú vonatok. Különböző érzékelők termelnek különböző hangnyomás (SPL - hangnyomás szint). Akusztikai, mert a széles dinamikatartomány, a hangnyomás jellemzően decibelben. . Z. d, hogy teljesen relatív érték megfelel a kapcsolatban: SPL = 20 log (P / P0), (6) ahol P - a tényleges nyomás mikropaskalyah (Pa-ra vonatkoztatva); P0 - referencia nyomás veszi fel 1 Pa-ra vonatkoztatva - minimális vetítõernyõtõl R0 = 30cm. az érzékelő. Ennek megfelelően, R0 vesszük a referencia távolságot.
A terjedés folyamán a hang gerenda kitágul sugárirányban távolodva az adó, és az amplitúdó a hangnyomás P miatt csökkent a csillapítás és diszperzió. Ezután SPL R távköznyire a forrás által adott:
SPL (R) = SPL (R0) -20 Log (R / R0) -a (f) R, (7)
ahol R - a tényleges távolság a szenzor; R0 - a referencia távolság; Egy (f) - csillapítás együttható f frekvenciával.
8. A amplitúdója a visszhang visszavert egy sík felületről különböző ultrahang-frekvencián.
Vizsgálat az előző szakaszban, a (7) képletű érvényes hangnyomás egyenes vonalú terjedési hang a tápközegben lévő egyik pontról a másikra, és fel lehet használni az érzékelők osztott sugárzó és a vevő (adó-vevő). Az érzékelők egy diffúz reflexiós a gerenda a tárgyat (egy egyetlen elem, szerepét betöltő az adó és a vevő) elven működő az echolocation rejlő veszteségek után visszaverődés a másik közeg (nagyobb) sűrűsége. Reflection hang - egy olyan jelenség, amely akkor jelentkezik, amikor egy csepp a hanghullám a felület között a két közeg rugalmas, és amely a kialakulását hullámok szaporító a felületet egy fordított irányba. Az összeg a visszavert hang arányától függ az akusztikus környezet ellenállás (Z).
mert Az akusztikus impedancia levegő 1000-szer nagyobb, mint az ellenállást a víz, és a keményebb anyagok - több ezerszer, az ultrahang hullámokat tükröződik a felület szinte teljesen. Abban az esetben, egyenes visszavert fénynyaláb a sík felület lehet elhanyagolni audio kölcsönhatás szilárd, és a használata a Fresnel képlet:
ahol V - reflexiós; Z2 és Z1 - akusztikus impedancia anyagokat. A határ levegő / víz visszaverődési tényező egyenlő 0,99 V.
Ezután a hangnyomás a visszavert fejezhető ki képlettel:
SPL (2R) = V (SPL (R0) -20 Log (2R / R0) -2a (f) R), (9)
ahol R - távolság az érzékelő a tárgyhoz; R0 - a referencia távolság; Egy (f) - csillapítás együtthatója f frekvenciával; V - reflexiós (
KompaniyaGlavAvtomatikapredlagaet ügyfeleinek az automatizálás gyártási műveletek kihasználni a kiváló minőségű kompakt ultrahangos érzékelők SNT Sensortechnik AG termelés a svájci cég.