Kategori: Artikel Pilihan » Automasi rumah
Bilangan pandangan: 2234
Komen pada artikel: 0

Pengukuran jarak ultrasonik dan sensor ultrasonik

 

Sekiranya anda perlu mengukur jarak ke objek yang terletak di jarak jauh di hadapan anda, atau ke beberapa halangan utama dalam cara yang tidak dapat dihubungi, maka anda boleh menggunakan sensor ultrasonik. Peranti jenis ini sangat mudah digunakan, mereka boleh dipercayai dan menjimatkan, sementara mereka tidak memerlukan sebarang bahan habis.

Prinsip mengukur jarak didasarkan pada teknologi yang digunakan beberapa haiwan semata-mata kerana struktur spesifik tubuh mereka dan ciri-ciri alam sekitar. Keadaan utama ialah terdapat udara antara anda dan objek, jarak yang diukur.

Sensor ultrasonik

Sensor ultrasonik menjana nadi suara individu pelbagai ultrasonik, iaitu, yang tidak dapat didengar oleh seseorang. Dan kerana pulsa ini menyebarkan melalui udara, mereka bergerak pada kelajuan bunyi.

Sebaik sahaja bunyi ini mencapai sempadan terdekat objek yang bertentangan, ia dicerminkan daripadanya mengikut prinsip penampilan echo, dan kemudian sensor, menerima isyarat yang dipantulkan, menghitung jarak ke objek yang mana refleksi berlaku. Pertama, masa berlalu antara penghantaran isyarat dan saat ia tiba kembali dicatat, maka ia didarab dengan kelajuan bunyi, dan selepas itu ia dibahagikan dengan dua.

Oleh kerana jarak ke objek ditentukan di sini pada masa penyebaran dan pemulangan gelombang bunyi, ketepatan pengukuran yang dilakukan oleh sensor ultrasonik adalah bebas daripada gangguan.

Pada dasarnya, sebarang objek yang mencerminkan bunyi dapat dikesan tanpa menghiraukan warna dan pencahayaannya. Ia boleh menjadi pagar kayu atau tingkap kaca, sekeping keluli tahan karat atau polikarbonat. Tidak kira jika ada kabut di laluan ultrasound, atau jika membran sensor sensor mempunyai kotoran ringan. Ini tidak akan menjejaskan fungsi sensor.

Pengukuran jarak ultrasonik

Sketsa pertama mengenai topik pengukuran jarak ultrasonik dapat dikesan kembali ke 1790, ketika ahli fisika Itali, Lazzaro Spallanzani mengetahui bahwa kelelawar menavigasi dan manuver semasa penerbangan bahkan dalam kegelapan, menggunakan pendengaran, dan tidak sama sekali penglihatan.

Penyelidik membuat banyak pemerhatian kelawar, membuat beberapa eksperimen, berkat yang dia sampai pada kesimpulan yang jelas bahawa kelawar berorientasikan dan menavigasi dalam kegelapan lengkap menggunakan telinga dan bunyi. Jadi, Spallanzani adalah orang pertama yang mempelajari echolocation, bermula dengan pemerhatian kelawar.

Hanya pada tahun 1930, ahli zoologi Amerika, Donald Griffin, mempelajari mekanisme deria haiwan, akhirnya mengesahkan bahawa kelelawar bergerak walaupun dalam kegelapan yang lengkap, menggunakan ultrasound untuk tujuan navigasi. Ternyata bahawa kelawar sendiri menyediakan ultrasound untuk mendengar refleksinya, untuk memahami di mana dan di mana jarak di jalan mereka adalah objek, halangan, serangga, dll.

Ahli sains menggelar teknik akustik-akustik kelikatan echolocation ini. Seperti yang anda mungkin ingat dari kursus fizik sekolah, echolocation biasanya dipanggil penggunaan teknikal gelombang ultrasonik dan kajian pantulan (gema) mereka untuk menentukan lokasi dan saiz objek.

Dengan cara ini, bukan sahaja kelawar, tetapi juga banyak haiwan malam dan laut dan serangga menggunakan kekerapan ultrasonik untuk memastikan keselamatan diri, memburu dan hidup. Kekerapan bunyi yang tidak dapat didengar oleh telinga manusia sangat penting.

Kami kembali ke sensor ultrasonik. Modul ini terdiri daripada pemancar dan penerima ultrasonik (seperti telinga kelawar).Pemancar berfungsi untuk menjana sinaran ultrasound dengan frekuensi 40 kHz, dan penerima - untuk menangkap ultrasound pada frekuensi ini.

Prinsip pengendalian sensor

Pemancar terletak di papan di sebelah penerima, supaya ia dapat melihat gelombang ultrasonik yang dipancarkan oleh penerima dan dipantulkan dari objek di hadapan sensor, jika ada udara di antara sensor dan objek yang dicerminkan.

Apabila sebarang halangan memasuki zon tindakan rasuk ultrasonik, litar mengira masa yang berlaku dari saat isyarat ultrasound dihantar sehingga ia tiba kembali - kepada penerima.

Ini mudah dilakukan, terutamanya untuk elektronik, kerana kelajuan bunyi di udara diketahui, ia adalah 343.2 meter sesaat, oleh itu, mendarabkan masa dengan kelajuan ini, kita mendapatkan panjang lurus sepanjang jalan ultrasound dari penerima ke tempat refleksi dan belakang.

Membahagikan kepada dua - kita mendapatkan jarak ke permukaan pantulan, tanpa mengira sama ada ia keras atau lembut, warna atau telus, rata atau sejenis bentuk pelik. Dan beberapa sensor ini, terletak pada sudut tepat, akan menentukan saiz objek.

 

Secara struktural, sensor mempunyai dua membran, yang pertama untuk sinaran ultrasound, yang kedua untuk penerimaan gema. Pada dasarnya, ia adalah penceramah dan mikrofon. Penjana nadi kekerapan ultrasonik dipasang di litar, yang memulakan pemasa elektronik pada saat pengukuran bermula, dan sebaik mikrofon menerima bunyi yang dipantulkan, pemasa berhenti.

Seterusnya mikropengawal mengira jarak bunyi yang dijalani dalam masa yang dikira. Jarak ini akan menjadi dua kali jarak ke objek, kerana gelombang bunyi mula-mula pergi ke sana dan kemudian kembali. Hasilnya ditunjukkan pada paparan atau dimasukkan ke unit elektronik seterusnya.

Robot dengan sensor ultrasonik untuk mengukur jarak ke halangan

Sensor jarak ultrasonik digunakan secara meluas dalam kejuruteraan industri dan dalam kehidupan sehari-hari: pengesanan rintangan di kawasan liputan mesin, memastikan keselamatan kenderaan semasa letak kereta, mengukur jarak semasa operasi mesin dan mesin, semasa pergerakan penghantar.

Mereka membantu menentukan kedudukan objek, bahan, paras air, mengukur butiran, kerana ultrasound dapat dilihat dari hampir permukaan apa saja jika permukaan ini tidak menyerap bunyi (seperti yang dilakukan misalnya dengan penebat bunyi khas atau bulu).

Pengesanan rintangan di kawasan liputan mesin

Sensor ultrasonik sangat popular hari ini. dengan kawalan pada arduino dalam robotics, dan lain-lain, semata-mata kerana fakta bahawa sensor ini (walaupun beberapa dalam satu peranti) dengan mudah antara muka dengan banyak alat dan, jika dikehendaki, boleh dibina ke dalam sistem automasi apapun.

Satu contoh mencipta rangefinder ultrasonik mudah di rumah:

Lihat juga di i.electricianexp.com:

  • Sensor gerakan wayarles
  • Bagaimana sensor talian diatur dan berfungsi
  • Bagaimanakah termometer bukan hubungan diatur dan berfungsi?
  • Bagaimana jerung menggunakan undang-undang Ohm dan teori kebarangkalian
  • Bagaimana sensor bunyi diatur dan berfungsi (sensor bunyi)

  •