categorii: Articole prezentate » Automatizari la domiciliu
Număr de vizualizări: 2234
Comentarii la articol: 0

Măsurarea cu distanță cu ultrasunete și senzori ultrasonici

 

Dacă trebuie să măsurați distanța față de un obiect situat la o anumită distanță în fața dvs. sau un obstacol major într-un mod fără contact, atunci puteți utiliza un senzor cu ultrasunete. Dispozitivele de acest tip sunt foarte ușor de utilizat, sunt fiabile și economice, în timp ce nu necesită consumabile.

Principiul măsurării distanței se bazează aici pe tehnologia pe care unele animale o folosesc pur și simplu datorită structurii specifice a corpului lor și a caracteristicilor mediului. Principala condiție este ca între dvs. și obiect să existe aer, distanța până la care este măsurată.

Senzor cu ultrasunete

Senzorul cu ultrasunete generează impulsuri sonore individuale din gama ultrasonică, adică cele care nu sunt audibile pentru o persoană. Și din moment ce aceste impulsuri se propagă prin aer, acestea se mișcă cu viteza sunetului.

De îndată ce acest sunet atinge cea mai apropiată limită a obiectului opus, acesta este reflectat de la acesta conform principiului apariției unui ecou, ​​iar apoi senzorul, care primește semnalul reflectat, calculează distanța până la obiectul de la care s-a produs reflecția. În primul rând, timpul scurs între trimiterea semnalului și momentul în care acesta ajunge înapoi este înregistrat, apoi este înmulțit cu viteza sunetului și după aceea este împărțit la două.

Deoarece distanța până la obiect este determinată aici de momentul propagării și întoarcerii undei sonore, precizia măsurătorilor efectuate de senzorul cu ultrasunete este independentă de interferențe.

În principiu, orice obiect care reflectă sunetul poate fi detectat indiferent de culoarea și iluminarea acestuia. Poate fi un gard din lemn sau o fereastră de sticlă, o bucată de ornamente din oțel inoxidabil sau policarbonat. Nu contează dacă există ceață pe calea ecografiei sau dacă membrana senzorului senzorului are murdărie ușoară. Acest lucru nu va afecta funcționarea senzorului.

Măsurarea cu ultrasunete a distanței

Primele schițe pe tema măsurării cu ultrasunete a distanței pot fi urmărite din anul 1790, când fizicianul italian Lazzaro Spallanzani a aflat că liliecii navighează și manevrează în timpul zborului chiar și în întunericul total, folosind auzul și deloc viziunea.

Cercetătorul a făcut multe observații despre lilieci, a făcut mai multe experimente, datorită cărora a ajuns la concluzia fără echivoc că liliecii sunt orientați și navighează în întuneric complet folosind urechi și sunet. Deci, Spallanzani a fost primul care a studiat ecolocalizarea, începând cu observații de lilieci.

Abia în 1930, zoologul american Donald Griffin, studiind mecanismele senzoriale ale animalelor, a confirmat în sfârșit că liliecii se mișcă chiar și în întuneric complet, folosind ultrasunete în scopuri de navigație. S-a dovedit că liliecii înșiși oferă ultrasunete pentru a-și auzi apoi reflecția, pentru a înțelege unde și la ce distanță în calea lor sunt obiecte, obstacole, insecte etc.

Oamenii de știință au numit această tehnică senzorial-acustică a ecolocației de navigație a liliecilor. După cum vă amintiți probabil de la cursul de fizică școlară, ecolocarea este denumită în general utilizarea tehnică a undelor cu ultrasunete și studiul reflecțiilor (ecourilor) acestora pentru a determina locațiile și dimensiunile obiectelor.

Apropo, nu numai liliecii, ci și multe animale și insecte nocturne și marine folosesc frecvențe cu ultrasunete pentru a asigura siguranța personală, vânătoarea și supraviețuirea. Frecvențele sonore care nu sunt audibile pentru urechea umană sunt atât de importante în natură.

Revenim însă la senzori cu ultrasunete. Modulul este format dintr-un emițător și receptor cu ultrasunete (precum urechea unui liliac).Transmițătorul servește la generarea radiațiilor cu ultrasunete cu o frecvență de 40 kHz, iar receptorul - pentru a capta ultrasunetele la această frecvență.

Principiul de funcționare al senzorului

Transmițătorul este situat pe placa de lângă receptor, astfel încât să poată percepe undele ultrasonore emise de receptor și reflectate de la obiectul din fața senzorului dacă există aer între senzor și obiectul de la care este reflectat.

Când orice obstacol intră în zona de acțiune a fasciculului cu ultrasunete, circuitul calculează timpul care trece de la momentul transmiterii semnalului cu ultrasunete până la sosirea înapoi - către receptor.

Acest lucru este ușor de făcut, mai ales în ceea ce privește electronica, deoarece viteza sunetului în aer este cunoscută, este de 343,2 metri pe secundă, prin urmare, înmulțind timpul cu această viteză, obținem lungimea dreaptă de-a lungul căii ecografiei de la receptor la locul de reflecție și înapoi.

Împărțirea în două - obținem distanța până la suprafața de reflectare, indiferent dacă este tare sau moale, de culoare sau transparentă, plată sau de un fel de formă bizară. Și mai mulți dintre acești senzori, situați în unghi drept, vor determina dimensiunea obiectelor.

 

Structural, senzorul are două membrane, prima pentru radiații cu ultrasunete, a doua pentru recepție ecou. În esență, este vorba de un difuzor și un microfon. În circuit este instalat un generator de impulsuri cu frecvență ultrasonică, care pornește cronometrul electronic în momentul începerii măsurătorilor și imediat ce microfonul primește sunetul reflectat, cronometrul se oprește.

mai departe microcontroler calculează distanța parcursă de sunet în timpul numărat. Această distanță va fi de două ori distanța față de obiect, deoarece unda sonoră a mers mai întâi acolo și apoi s-a întors. Rezultatul este afișat pe ecran sau alimentat la următoarea unitate electronică.

Robot cu senzor ultrasonic pentru măsurarea distanței până la obstacole

Senzorii cu distanță ultrasonică sunt utilizați pe scară largă în inginerie industrială și în viața de zi cu zi: detectarea obstacolelor din zona de operare a mașinii, asigurarea siguranței auto în timpul parcării, măsurarea distanțelor în timpul funcționării mașinilor și mașinilor, în timpul mișcărilor transportorului.

Acestea ajută la determinarea poziției unui obiect, a materialului, a nivelului apei, măsoară granularitatea, deoarece ultrasunetele pot fi reflectate de la aproape orice suprafață dacă aceste suprafețe nu absorb sunetul (așa cum se face de exemplu cu izolarea fonică specială sau cu lână).

Detectarea obstacolelor în zona de acoperire a mașinii

Senzorii cu ultrasunete sunt deosebit de populari astăzi. cu control asupra arduino în robotică etc., pur și simplu datorită faptului că acești senzori (chiar și mai mulți pe un singur dispozitiv) interfață cu ușurință cu multe dispozitive și, dacă se dorește, pot fi încorporate în orice sistem de automatizare.

Un exemplu de creare a unui telemetru cu ultrasunete simplu acasă:

Consultați și la i.electricianexp.com:

  • Senzori de mișcare wireless
  • Modul de funcționare și funcționarea senzorului de linie
  • Cum sunt aranjate și funcționate termometrele fără contact?
  • Cum folosesc rechinii legea lui Ohm și teoria probabilităților
  • Cum sunt aranjate și funcționate senzorii de sunet (senzori de zgomot)

  •