конструкция, принцип работы, области применения

13.04.2021

Ультразвуковой датчик применяется для обнаружения и определения расстояния до объекта, а также для контроля их движения. Передатчик излучает звуковые колебания, частота которых превышает 20 кГц. Они в виде волн «прошивают» пространство, и, встречаясь с твердыми предметами, отражаются от них и попадают в приемник датчика. Электронная схема подсчитывает расстояние до объекта согласно следующей формуле:

R = tV/2,

где R – искомое расстояние, t – промежуток времени между отправкой и приемом ультразвуковой волны, V – скорость звука.

Результат произведения делится на два, так как излучение проходит путь сначала от датчика к объекту, затем обратно. Что касается скорости звука, она зависит от свойств среды, например, в воздухе она составляет 331 м/сек, а в воде – 1 430 м/сек.

Ультразвуковой датчик определяет расстояние до объектов, расположенных на удалении не более 8 метров от излучателя.

Чем более твердой и ровной будет поверхность предмета, тем лучше от нее отражаются волны.

Строение датчика

Излучатель

В конструкции современных датчиков используются следующие типы излучателей:

• магнитострикционные – ультразвуковые колебания формируются за счет быстрого изменения размеров ферромагнетника, размещенного в переменном магнитном поле. Его плюсы: долгий срок службы (ресурс не меньше 10 тысяч часов) и высокий КПД, достигающий 80%. Есть и минусы в виде достаточно сложного устройства и быстрого нагрева, из-за чего нужно водяное охлаждение.
• пьезоэлектрические – гораздо проще в строении, если сравнивать с предыдущим видом, так как волны формируются в процессе быстрого изменения размеров мембраны в переменном электрическом поле. Сама мембрана изготовлена из диэлектрического материала. Также такие передатчики отличаются компактностью, небольшим весом и возможностью излучение ультразвука разной частоты. Существенный минус один – достаточно низкая мощность.

Приемник

В большинстве датчиков стоят пьезоэлектрические излучатели. Приемник работает благодаря аналогичному эффекту, который действует в обратном направлении. Когда мембрана начинает колебаться под влиянием отраженного ультразвука, в окружающем ее поле появляется ток.

Классификация датчиков по конструкции

• Одна головка. Передатчик и приемник – это один и то же элемент. Сперва мембрана генерирует ультразвуковое излучение, затем принимает отраженные волны и образует сигнал, который считывается электрической схемой. Устройства с одной головкой более компактные и простые. Есть существенный недостаток: наличие «мертвого» времени, срока, в течение которого затухают колебания в мембране после излучения ультразвука. Этой проблемы можно частично избежать при правильной настройке, но устранить нельзя.

• Две головки. В таком варианте излучатель и приемник располагаются по отдельности. Это исключает образование слепой зоны, и датчик исправно работает независимо от расстояния до объекта. Однако появляется потребность в тонкой настройке частоты, на которой работают оба компонента, для более точного подсчета расстояния.

Независимо от строения ультразвуковые датчики отлично подходят для обнаружения объектов и определения расстояния до них, расчета уровня жидкостей и сыпучих газов. Они способны выполнять эти задачи даже в полной темноте независимо от температуры и влажности воздуха, его задымленности и степени загрязнения пылью. Ложные срабатывания не происходят, так как приемник не реагирует на слышимый человеком звук, но может быть настроен на нужную частоту.

Области применения

Робототехника

В этой сфере ультразвуковыми датчиками расстояния решается проблема позиционирования робота в окружающем его пространстве.

Датчик выступает в качестве глаз, помогает технике избегать столкновений с объектами. Кроме этого, ультразвуковые системы ориентации в пространстве имеют ряд плюсов:

• низкая цена и наличие комплектующих в свободной продаже;
• простая и надежная конструкция, собрать ее можно самому;
• легкая интеграция в схему робота без необходимости ее замены;
• универсальность – датчик можно встроить в любую технику;
• высокая точность работы независимо от условий внешней среды;
• безопасность излучения для человека и окружающей среды.

Ультразвуковые датчики используются в конструкции как наземных, так и подводных роботов. Ввиду того, что ультразвук отлично проходит сквозь воду, дым, влажный и запыленный воздух, для применения этих устройств нет никаких ограничений. Подводные роботы комплектуются не пьезоэлектрическими, а магнитострикционными излучателями – их акустическая мощность выше.

Другие сферы

Робототехника – далеко не единственная отрасль, в которой нашлось применение ультразвуковым датчикам расстояния. Они не менее широко используются для выполнения перечисленных задач:

• Определение расхода жидкостей, транспортируемых по трубопроводу. Устройство испускает ультразвуковое излучение и сравнивает скорость колебаний в направлении потока и против него. Примечательно, что для этой задачи необязательно устанавливать сенсор внутрь трубопровода. Достаточно разместить его с внешней стороны конструкции.
• Измерение уровня сыпучих и жидких материалов в емкости. Датчик испускает излучение в исследуемый материал и оценивает время, необходимое ультразвуку на отражение от границы разделения газа с жидким или сыпучим веществом. Как только затрачиваемое на это время изменяется в большую или меньшую сторону, срабатывает предупреждение.

• Отслеживание физических и химических характеристик различных веществ. Для этого измеряется скорость прохождения ультразвука через исследуемое вещество. Далее полученное значение сравнивается с эталоном для конкретной среды, на основе чего принимается решение о наличии либо отсутствии процессов изменения ее структуры.
• Медицина. Например, для проведения диагностики в рамках УЗИ. Принцип прост: в разных тканях человеческого организма ультразвук движется с разной скоростью. Отраженные от органов волны попадают на приемник, после чего интерпретируются и визуализируются на мониторе.

• Пожарная безопасность. Для этой цели используются чувствительные сенсоры, которые реагируют не на твердые объекты, а на движущийся воздух, разогретый огнем от пожара.
• Охранная система. Работает датчики по одному из принципов:
  • Работает в режиме обнаружения. Как только в поле его действия появляется объект, запускается охранный алгоритм. Это может быть включение сигнализации, вызов охраны.
  • Сенсор работает в паре с удаленным приемником. Излучение испускается передатчиком и попадает на приемник на некотором расстоянии. Как только через этот «луч» ультразвука проходит объект, сигнал прерывается, после чего срабатывает охранная сигнализация.

Типы ультразвуковых датчиков — новости и публикации компании «Радиомед Центр»

Радиомед Центр предлагает большой выбор ультразвуковых датчиков. Ниже приведено описание основных типов.

Датчики работают на основе пьезоэлектрического эффекта. При подаче тока на монокристалл возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Так работает трансдьюсер (датчик). Лучше ознакомиться с работой ультразвука вы можете тут.

Линейные датчики 

Частота 3-15 МГц. 5 типоразмеров 
Кристаллы расположены в линию и издают звуковую волну поочередно, создавая большое прямоугольное поле обзора. За счет большой частоты позволяют получать изображение в высоком разрешении. Но при этом маленькая глубина сканирования не более 11 см. Неудобство использования из-за плоского наконечника и большого размера.
Линейные датчики используются для исследования щитовидной железы, молочных желез, небольших суставов, мышц, сосудов.

Конвексные датчики

Частота 1,8 – 7,5 Мгц
За счет изгиба и меньшего размера обеспечивает лучшее прилегание к телу. Изображение больше датчика и нужно п

Используется для исследования органов брюшной полости и забрюшинного пространства, мочевой системы, тазобедренных суставов, плода на поздних стадиях беременности.

 

Секторальные датчики 

Частота 1,5 — 5 Мгц
Для исследования небольших участков на большой глубине. Значительное несоответствие реальным размерам.
Используются для исследования сердца.

Микроконвексные датчики 

 

Имеют различную кривизну рабочей поверхности (апертура) и различный угол дуги. Обеспечивают широкий обзор. Используется в акушерстве и гинекологии

 

 

 Чреспищеводные датчики ТЭЭ 

Используются для исследования сердца со стороны митрального клапана. Имеют вращающийся излучатель. Есть датчики для трехмерного и четырехмерного сканирования.

 

Би-плановые датчики

Имеют два совмещенных излучателя. 
Конвексный+ конвексный
Линейный+ конвексный
Дают поперечный и продольный срез. У некоторых производителей есть трехплановые с одновременным выводом изображения.
Применяются для диагностики и контроля брахитерапии простаты.

 

Объемные 3D/4D датчики

Механические датчики с кольцевым вращением делают посрезовое сканирование органа. Затем данные преобразуются в изображение. Возможно применение 4d Multi slicing — ультразвуковая томография. Получение и просмотр всех срезовых изображений. 
Используются для получения трехмерных изображений при исследовании плода, сердца, брюшных органов.

 

Матричные датчики

1\5 D — полуторамерные
2 D — двухмерные позволяют делать трехмерные изображения в реальном времени.

 

 

Карандашные (слепой допплер CW) 

Датчики с разделенным приемником и излучателем. В слепом допплере нет черно-белого режима.
Используют для крупных артерий и вен всех конечностей, шеи, сердца.
Для исследования вен 4-8 Мгц.
Для исследования сердца 2 Мгц.

 

Видеоэндоскопические датчики 

Совмещают в себе гастрофиброскоп/бронхофиброскоп и ультразвук. Работают совместно с видеоэндоскопической стойкой стороннего производителя

 

Игольчатые (катетерные)

Микродатчики для ввода в труднодоступные полости, сосуды, сердце.

 

Лапароскопические 

Тонкая трубка с излучателем на конце для контроля лапароскопических операций.

Ультразвуковые датчики US C81P и US C31P

Заказать

• Диапазон измерения от 120 до 1500 мм
• Аналоговый или дискретный выход
• Обучение
• Измерения, не зависимые от материала, поверхности, цвета, прозрачности и размера объекта
• Работоспособность в условиях пыли, грязи, тумана, яркого освещения
• Обнаружение прозрачных и ярких объектов
• Защита от воздействия химикатов: кислот и крепких щелочных растворов
• Материал передней части — ПВДФ
• Материал мембраны — ПТФЭ
• Водонепроницаемость, IP 67, маслостойкость, прочность

Ультразвуковые датчики расстояния и приближения для химически агрессивных сред US C81P и US C31P – это компактные ультразвуковые датчики, предназначенные для работы в агрессивных средах. Благодаря материалам ПВДФ и ПТФЭ обеспечивается высокая степень защиты от воздействия химикатов. Измерение уровня кислот и щелочей является типовой задачей для данной серии датчиков. Серия US C включает датчики приближения, оборудованные дискретным выходом и измерители расстояния с аналоговым выходом. Функция обучения позволяет пользователю сконфигурировать дискретный или аналоговый выход: передний или задний фронт, НО или НЗ, режим «окно». Дискретный датчик можно запрограммировать как барьер с отражателем. Это полезно для обнаружения плохо отражающих объектов, расположенных напротив фона. Аналоговые датчики автоматически определяют характер нагрузки и вырабатывают соответствующий сигнал на выходе в миллиамперах или в вольтах. Программирование производится через вход обучения.
Кроме того, ультразвуковые датчики можно применять для измерения уровня других жидкостей в небольших емкостях, например, для мониторинга уровня наполнения бутылок, контроля положения и счета объектов, обнаружения прозрачных объектов, обнаружения деталей с неровными поверхностями, сканирования габаритов.

Информацию о установках порога переключения, креплении, схемах подключения вы найдёте в файле .pdf (1,12 мб).

Технические характеристики	US C81P		US C31P
Диапазон обнаружения, мм	120…1500		120…1500
Слепая зона , мм	0…120		0…120
Гистерезис для дискретных выходов , осевой при FSnom., мм	—		2
Разрешение, мм	~0.5
Линейность, %FS	<1		—
Точность во всем температурном диапазоне, %FS	±2
Рабочая частота, кГц	~180
Индикация состояния	Красный и желтый светодиоды
Дискретный выход, защита от короткого замыкания, макс. 0.1A	—	PNP NO/NC
Макс. скорость переключения, Гц	—	~5
Быстродействие аналогового выхода, Гц	~30	—
Аналоговый выход в диапазоне обнаружения
RL мин. 10 кОм вольтовый выход, В RL макс. 400 Ом токовый выход, мА	0…10В 4..20мА		—
Напряжение питания (защита от переполюсовки), В DC	11…30
Пульсации напряжения питания, %	10
Среднее потребление, переключение без нагрузки, мА	45…65	45
Температура окружающей среды, рабочая, °C	0…+60
Давление, бар	mbar abs 900. ..1100
Вес без кабеля, гр	~65
Класс защиты	IP67
Материал корпуса	ПТФЭ, ПВДФ
Электрическое соединение	Разъем М12

Выбор модели

Доступны дискретная и аналоговая модели с осевым или радиальным расположением трансдюсера.

US C31P
Ультразвуковой датчик с дискретным выходом с 2-мя программируемыми порогами переключения (НО, НЗ или окно или функция «с отражателем»).

US C81P
Ультразвуковой датчик для измерения расстояния с аналоговым выходом 0…10В или 4…20мА. Автоматическое определение характера нагрузки. Программирования верхнего и нижнего пределов.

Слепая зона

Ближайший диапазон обнаружения (0…120мм) называется слепой зоной. Это довольно типично для УЗ датчиков. В слепой зоне невозможно производить измерение расстояния, хотя при некоторых ограничениях (только большие объекты), простые функции приближения могут выполняться.

Луч обнаружения

Луч обнаружения ультразвукового датчика имеет форму конуса. Размер конуса зависит от объекта и его отражательных характеристик. Малые и плохо отражающие объекты образуют меньший конус (уже и короче). Большие объекты и те объекты, чьи поверхности не перпендикулярны оси датчика, образуют более расширенный конус.

Точная форма и размер конуса могут быть определены только на самом объекте. Не допускается вторжение посторонних объектов между датчиком и объектом обнаружения. В противном случае датчик будет обнаруживать посторонний объект. На рисунке показаны три типовых луча обнаружения для датчика US C: малый, средний и большой. Кроме этого, на размер луча обнаружения может влиять температура и влажность. Чем холоднее и суше воздух, тем больше луч. В датчике US C возможно запрограммировать три луча. Это необходимо, например, в случаях обнаружения в малых пространствах или через узкие зазоры.

Размер луча устанавливается путем подключения входа обучения и подачи на него управляющего напряжения –UB (0В) в течении более 5с.

• Малый луч: Обучение 5…10с напряжением -UB
  (частое мигание желтого светодиода)
• Средний луч: Обучение 10…15с напряжением -UB
  (частое мигание желтого/красного СД)
• Большой луч: Обучение 15…20с напряжением -UB
  (частое мигание красного светодиода)

Габаритный чертёж

Типы ультразвуковых датчиков и их назначение

Чтобы полноценно воспользоваться всеми возможностями вашего ультразвукового аппарата, вы должны иметь правильные аксессуары. Таким образом, главным фактором эффективности вашего УЗ-сканера является правильно подобранные ультразвуковые датчики.

В данной публикации мы расскажем о различных видах ультразвуковых датчиков и для каких исследований предназначен каждый из них. В заключении мы поделимся несколькими полезными советами, которые следует помнить при покупке УЗ-датчиков.

Итак, давайте по порядку.

— Что такое ультразвуковой датчик и для чего он нужен?

УЗ-датчик представляет собой устройство, которое генерирует ультразвуковые волны. Эти волны отражаются от тканей тела человека и в виде эхо-сигналов улавливаются этим же датчиком. Полученные эхо-сигналы датчик передает на компьютер, который использует их для создания изображения, называемого эхограммой. Основным элементом каждого ультразвукового датчика является пьезоэлектрический кристалл, который служит для генерации и приема ультразвуковых волн. К сожалению, индустрия медицинской визуализации уже более 40 лет использует один и тот же пьезоэлектрический материал.

Так было вплоть до недавнего времени, когда появился новый вид материала и новая технология ультразвуковых датчиков – монокристаллическая, что повлекло за собой значительное улучшение качества изображения. 

Виды ультразвуковых датчиков

В настоящее время на рынке доступны УЗ-датчики различных форм, размеров и предназначенные для самых разных применений. Это связано с тем, что для получения хорошего качества изображения в разных частях тела необходимо применять датчики с соответствующими характеристиками. УЗ-датчики могут быть внешними или полостными. Внешние располагаются на поверхности тела или органа, а полостные вводятся в полый орган или отверстие (например, в прямую кишку или влагалище).

Есть ли еще какие-то различия между ними?

Конечно!

Ультразвуковые датчики отличаются своей конструкцией в зависимости от:

• Расположения пьезоэлектрических кристаллов
• Размера апертуры (размера контактной площадки)
• Частоты

Ниже мы перечислим три наиболее распространенных вида ультразвуковых датчиков: линейный, конвексный (стандартный или микроконвексный) и секторный фазированный. Кроме того, мы включили в обзор и некоторые другие датчики, которые доступны на рынке и на нашем складе.

Линейные датчики

Пьезоэлектрические кристаллы в этих датчиках расположены линейно, форма области сканирования прямоугольная. Этот датчик обладает хорошим разрешением в ближней зоне. Частота и применение линейного датчика зависят от того, предназначен ли он для получения 2D- или 3D/4D-изображения.

Линейный 2D датчик имеет широкую апертуру, и его центральная частота находится в диапазоне 2,5-12 МГц. 

Линейный датчик используется для следующих целей:

• Исследование сосудов
• Выполнение катетеризации сосудов под контролем узи
• Выполнение регионарной анастезии под контролем узи
• Исследование молочных желез
• Исследование щитовидной железы
• Исследование мышц, сухожилий и суставов
• Исследование других поверхностных органов
• Проведение интраоперационных исследований и лапароскопии

Линейный 3D/4D датчик имеет широкую апертуру и центральную частоту в диапазоне 7,5-11 МГц.

Область применения данного вида датчика:

• Исследование молочных желез
• Исследование щитовидной железы
• Исследование сосудов, в частности сонных артерий

Конвексные датчики

Конвексный ультразвуковой датчик также называют выпуклым датчиком, поскольку пьезоэлектрические кристаллы в нем расположены криволинейно. Форма области сканирования является выпуклой. Этот датчик хорошо визуализирует глубоко расположенные структуры, даже при уменьшении разрешения изображения с увеличением глубины.

Область сканирования, частота и применение конвексного датчика зависят от того, предназначен ли он для получения 2D- или 3D/4D-изображений.

Конвексный 2D датчик имеет широкую апертуру, и его центральная частота составляет 2,5-7,5 МГц.

Конвексный датчик используется для следующих целей:

• Исследование органов брюшной полости у взрослых и детей
• Исследование органов малого таза у взрослых и детей
• Диагностика плода

Конвексный 3D/4D датчик имеет широкую апертуру, и его центральная частота составляет 3,5-6,5 МГц. Он применяется для исследования органов брюшной полости, органов малого таза и диагностики плода.

Существует подвид конвексных датчиков, называемый микроконвексным. Он имеет гораздо меньшую апертуру. Врачи обычно используют его в неонатологии и педиатрии.

Секторные фазированные (кардиологические) датчики

Этот датчик назван по типу устройства пьезоэлементов, которое называется фазированной решеткой. Фазированный датчик имеет небольшую апертуру и низкую частоту (центральная частота составляет 2-7,5 МГц). Форма области сканирования практически является треугольной. Эти датчики имеют плохое разрешение в ближнем поле но дают хороший обзор на глубине. Позволяют наблюдать структыры через узкую межреберную щель.

Сфера применения фазированного датчика:

• Исследование сердца, включая транспищеводные исследования у взрослых и детей
• Исследования органов брюшной полости у взрослых и детей
• Исследования головного мозга у взрослых и детей

Для исследования детей используются датчики с высокой частотой (5 или 7,5 МГц), что позволяет получить более качественное изображение. Это возможно благодаря маленьким размерам пациентов.  

Другие типы ультразвуковых датчиков

И это еще не всё. На рынке присутствует большое количество всевозможных видов УЗ-датчиков. Вот некоторые из них:

Карандашные датчики, также называемые CW-датчиками, используются для измерения кровотока. Этот датчик имеет небольшую апертуру и использует низкую частоту (обычно 2-8 МГц). Следующий вид ультразвукового датчика – внутриполостной. Эти датчики предназначены для проведения исследования при введении их в определенные полые органы или отверстия. К внутриполостным датчикам относятся вагинальные (гинекологические), ректальные и ректально-вагинальные датчики. Как правило, они имеют небольшую область сканирования, а их частота колеблется в диапазоне 3,5-11,5 МГц. Также имеется чреспищеводный (трансэзофагеальный) датчик. Как и ранее упомянутые датчики, он имеет небольшую апертуру и используется в кардиологии для получения лучшего изображения сердца, выполняемого через пищевод. Эти датчики работают на средней частоте, в диапазоне 3-10 МГц.Кроме того, существует несколько датчиков, предназначенных для хирургического применения, например, лапароскопические.

Советы, которые следует помнить при покупке ультразвукового датчика

Теперь, когда вы уже знаете о наиболее распространенных видах ультразвуковых датчиков, предлагаем вашему вниманию несколько советов, которые вы должны помнить при их покупке:

• Удостоверьтесь и дважды проверьте, совместим ли датчик, который вы собираетесь приобрести, с вашим аппаратом – для этого вы можете использовать руководство по эксплуатации или обратиться в наш отдел продаж.
• Низкая частота (от 2,5 до 7,5 МГц) обеспечивает лучшую глубину проникновения, однако ее недостатком является более низкое качество изображения.
• Чем выше частота (выше 7,5 МГц), тем ниже глубина проникновения ультразвука, тем не менее вы получаете изображения более высокого качества вблизи поверхности (7,5 МГц = 20 см).

Внимание!

• Черная линия на мониторе ультразвукового аппарата, вероятнее всего, будет означать, что внутри датчика есть кристалл, отработавший свой срок службы.
• Тень на экране ультразвукового аппарата может указывать на слабый кристалл внутри датчика, который не производит необходимую вибрацию.

Уход и обслуживание УЗ-датчика

Наконец, помните, что датчик является очень важным и очень дорогим элементом ультразвукового аппарата. Поэтому после его приобретения вы должны эксплуатировать его, соблюдая следующие меры предосторожности:

• Не бросайте, не роняйте и не подвергайте датчик механическим воздействиям
• Избегайте повреждения кабеля датчика
• После каждого использования удаляйте с датчика излишки геля
• Не используйте спиртосодержащие растворы

ультразвуковой датчик — это… Что такое ультразвуковой датчик?

ультразвуковой датчик

ultrasonic sensor

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

• ультразвуковой генератор
• ультразвуковой дебитомер

Смотреть что такое «ультразвуковой датчик» в других словарях:

• ультразвуковой датчик — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN ultrasonic detector …   Справочник технического переводчика

• ультразвуковой датчик — ultragarsinis matavimo keitiklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. ultrasonic transducer vok. Ultraschallaufnehmer, m rus. ультразвуковой датчик, m pranc. capteur ultrasonique, m …   Automatikos terminų žodynas

• ультразвуковой датчик — ultragarso jutiklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. ultrasonic detector; ultrasonic sensor vok. Ultraschallfühler, m; Ultraschallmeßfühler, m rus. ультразвуковой датчик, m pranc. capteur ultrasonique, m …   Automatikos terminų žodynas

• ультразвуковой датчик уровня топлива — Датчик авиационного уровнемера топлива, состоящий из вибраторов, предназначенных для создания ультразвуковых колебаний. [ …   Справочник технического переводчика

• ультразвуковой датчик уровня жидкости — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN ultrasonic liquid level sensorULLS …   Справочник технического переводчика

• Ультразвуковой датчик парковки — Парковочный радар, также известный как, Акустическая Парковочная Система (АПС), или Ультразвуковой датчик парковки вспомогательная парковочная система устанавливаемая на некоторых автомобилях. Система использует ультразвуковые датчики врезанные в …   Википедия

• Ультразвуковой датчик уровня топлива — 33. Ультразвуковой датчик уровня топлива Датчик авиационного уровнемера топлива, состоящий из вибраторов, предназначенных для создания ультразвуковых колебаний Источник: ГОСТ 23220 78: Средства контроля работы двигателей летательных аппаратов.… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• бесконтактный ультразвуковой датчик — Датчик, который передает и принимает ультразвуковые сигналы в зоне чувствительности, и имеющий полупроводниковый коммутационный элемент. [ГОСТ Р 50030.5.2 99 (МЭК 60947 5 2 97)] Тематики датчики и преобразователи физических величин …   Справочник технического переводчика

• ультразвуковой преобразователь — ультразвуковой преобразователь: Датчик, преобразующий электрические или электромагнитные колебания ультразвуковой частоты в механические (источник) и, наоборот, механические колебания ультразвуковой частоты в электрические или электромагнитные… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Датчик ультразвукового диагностического оборудования — Датчик компонент ультразвукового диагностического оборудования, включающий ультразвуковой преобразователь со встроенными элементами, являющийся источником контактного ультразвука, воздействующего на пациента и руки врача… Источник:… …   Официальная терминология

• датчик — 3.3.2 датчик (sensor): Функциональный блок газоанализатора, в котором расположен первичный преобразователь. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Ультразвуковые датчики | UM12 | SICK

Ультразвуковые датчики | UM12 | SICK

обзор семейств продукции Русский Cesky Dansk Deutsch English Español Suomi Français Italiano 日本語 – Японский 한국어 – Корейский Nederlands Polski Portugues Svenska Türkçe Traditional Chinese Китайский

Небольшой датчик, огромная польза

Преимущества

• Простая интеграция в оборудование благодаря компактным размерам корпуса
• Проверенная временем конструкция корпуса M12 совместима с другими технологиями
• Прочный неразъёмный металлический корпус гарантирует максимальную эксплуатационную готовность оборудования
• Функция обучения по кабелю и через IO-Link защищает от непреднамеренного нарушения настроек, сокращая тем самым риск незапланированных простоев
• Интегрированная температурная компенсация обеспечивает высокую точность измерения и оптимальное качество технологического процесса
• Надёжное измерение в условиях помех в виде грязи, пыли, влаги или тумана благодаря невосприимчивости ультразвуковой технологии

Обзор

Небольшой датчик, огромная польза

Датчики семейства UM12 впечатляют своей компактностью и надёжностью металлического корпуса. Разные выходные сигналы, включая интерфейс IO-Link, обеспечивают максимальную гибкость при ограниченном пространстве для установки. Независимость от цвета объектов, высокая невосприимчивость к загрязнениям и эффективное подавление заднего фона обеспечивают стабильное качество результатов измерения в любых условиях. Ультразвуковой датчик UM12 от SICK — это оптимальная технология для любой области применения в проверенном временем корпусе M12.

Краткий обзор

• Очень короткий и прочный металлический корпус M12
• Разнообразные интерфейсы и IO-Link
• Оптимальное подавление заднего фона
• Встроенная температурная компенсация
• Обнаружение, измерение и позиционирование с помощью ультразвука
• Независимо от цвета материала, прозрачности, блеска и внешнего освещения

Преимущества

Практически неограниченное использование — независимо от цвета, блеска и прозрачности

Ультразвуковые датчики SICK измеряют и обнаруживают цветные, блестящие или прозрачные поверхности, что считается особенно сложным для оптических датчиков, в самых разных сферах применения. Даже неблагоприятные условия окружающей среды, такие как пыль, грязь или туман, практически не влияют на результат измерения. Более того, широкая зона обнаружения позволяет контролировать большое поле с помощью всего лишь одного датчика — и это при диапазоне измерения от 13 мм до 8 м. Неважно где: ультразвуковые датчики SICK можно найти в любой отрасли. Обширный ассортимент предлагает вам широкий спектр решений для вашего случая применения. Убедитесь сами.

Подробнее Закрыть

Узнайте больше о принципе функционирования ультразвуковых датчиков.

Измерение времени прохождения (звука)

Датчик излучает звуковой импульс, который отражается обнаруживаемым объектом. Время, которое необходимо импульсу для прохождения от датчика до объекта и в обратном направлении, измеряется, оценивается и преобразуется в расстояние следующим образом.

Расстояние = скорость звука x общее время прохождения звука (t2) / 2

Диапазоны срабатывания ультразвуковых датчиков В целом, к ультразвуковым датчикам применимо следующее: чем меньше звука поглощает измеряемый объект, тем больше возможный диапазон срабатывания. Рабочий диапазон срабатывания указывает расстояние, на котором возможно измерение обычных объектов с достаточным функциональным резервом. В идеальных условиях датчик может использоваться даже в предельном диапазоне. Коммутационные поля используются для идеальной оценки возможностей приложения. Тёмно-синяя область, отображаемая в этих коммутационных полях, показывает пример рабочего диапазона датчика при обнаружении круглого стержня. Светло-синяя область демонстрирует максимальную зону обнаружения (предельный диапазон срабатывания), которая должна быть достигнута в идеальных условиях с легко распознаваемыми объектами, здесь в качестве примера — выровненная пластина. Во избежание непреднамеренного обнаружения объектов в ближайшем окружении эта зона между датчиком и объектом измерения должна быть свободной. Обнаруживаемость и зона обнаружения объекта зависят от его отражающих свойств, размера и ориентации. В зависимости от применения датчик может распознавать в том числе и очень мелкие объекты, например, металлическую проволоку.

Подробное рассмотрение областей применения

Ультразвуковые датчики — настоящие универсалы. Ультразвуковые датчики от SICK подтверждают свою надёжность и точность практически во всех областях применения: будь то определение положения, измерение расстояния или обнаружение твёрдых, порошкообразных и жидких сред. Неважно, в какой сфере, неважно, в каком случае применения.

Ультразвуковые датчики SICK демонстрируют свои преимущества при бесконтактном обнаружении объектов во всех возможных областях применения. Эти универсалы надёжно и точно выполняют все требования для автоматизации ваших процессов.

SICK LifeTime Service

Услуги от SICK повышают производительность машин и оборудования, повышают общую безопасность людей, создают основу для непрерывной хозяйственной деятельности и обеспечивают защиту средств производства. В дополнение к непосредственным консультационным услугам SICK также поддержит вас во время проектирования концепции и ввода в эксплуатацию, а также во время работы прямо на месте.

Спектр услуг варьируется от технического обслуживания и осмотра, проверки рабочих характеристик до обновления и модернизации. Модульные или индивидуально разработанные договоры на сервисное обслуживание увеличивают срок службы и, следовательно, эксплуатационную готовность оборудования. Благодаря датчикам и системам неисправности или превышения предельных значений можно обнаружить в любое время.

Консультации и проектирование Консультации с учётом ориентации на область применения продукта, его интеграции и вариантам использования.Запуск в эксплуатацию и техническое обслуживание Оптимизированные для конкретного случая применения и устойчивые ─ благодаря квалифицированному вводу в эксплуатацию и техническому обслуживанию прошедшими специальную подготовку сервисными техниками SICK.Договоры о технической поддержке Расширенная гарантия, дистанционное обслуживание SICK Remote Service, круглосуточная служба технической поддержки, техническое обслуживание, гарантии эксплуатационной готовности и другие модульные компоненты по желанию можно объединить индивидуально.

Применение

Технические данные

 

Загрузки

Пожалуйста, подождите…

Ваш запрос обрабатывается, это может занять несколько секунд.

13. Ультразвуковые датчики — СтудИзба

Глава 13

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ДАТЧИКИ

§ 13.1. Принцип действия и назначение

Работа ультразвуковых датчиков основана на взаимо­действии ультразвуковых колебаний с измеряемой средой. К ульт­развуковым относят механические колебания, происходящие с ча­стотой более 20 000 Гц, т. е. выше верхнего предела звуковых ко­лебаний, воспринимаемых человеческим ухом. Распространение ультразвуковых колебаний в твердых, жидких и газообразных сре­дах зависит от свойств среды. Например, скорость распростране­ния этих колебаний для разных газов находится в пределах от 200 до 1300 м/с, для жидкостей —от 1100 до 2000, для твердых мате­риалов— от 1500 до 8000 м/с. Очень сильно выражена зависимость скорости колебаний в газах от давления.

Различны коэффициенты отражения ультразвуковых волн на границе раздела разных сред, различна и звукопоглощательная способность разных сред. Поэтому в ультразвуковых датчиках ин­формация о различных неэлектрических величинах получается бла­годаря измерению параметров ультразвуковых колебаний: времени их распространения, затухания амплитуды этих колебаний, фазо­вого сдвига этих колебаний.

Ультразвуковые методы измерения относятся к электрическим методам постольку, поскольку возбуждение ультразвуковых колебаний и прием этих колебаний выполняются электрическим способом. Обычно для этого используют пьезоэлементы и магнито-стрикционные преобразователи. В гл. 7 были рассмотрены пьезо­электрические датчики, преобразующие давление в электрический сигнал. Это прямой пьезоэффект. Он используется в приемниках ультразвукового излучения. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в сжатии и растяжении пьезокристалла, к которому приложено переменное напряжение. Для возбуждения ультразву­ковых колебаний и используется этот эффект. Таким образом, пьезоэлемент может использоваться попеременно то излучателем, то приемником ультразвуковых колебаний.

Рекомендуемые файлы

Магнитострикционные излучатели ультразвука  используют яв­ление деформации ферромагнитов в переменном магнитном поле.

Поясним работу ультразвукового датчика на примере эхолота — прибора для измерения глубины моря (рис. 13.1). При подаче пе­ременного напряжения на пьезоэлемент 1 возбуждаются ультра­звуковые колебания, направленные вертикально вниз.

Отраженный ультразвуковой импульс воспринимается пьезоэлементом 2. Электрический прибор 3 измеряет время t между посылаемым и принимаемым импульсами. Глубина моря пропорциональна этому времени и скорости распространения звука v в во­де:

                                                    h=vt/2.                    (13.1)

Шкала прибора градуируется непо­средственно в метрах. Аналогично дей­ствует ультразвуковой локатор, опреде­ляющий расстояние до препятствия на пути корабля в горизонтальном направ­лении. Некоторые животные (например, летучие мыши и дельфины) имеют орга­ны ориентировки, действующие по прин­ципу ультразвукового локатора.

Ультразвуковые колебания имеют энергию значительно большую, чем зву­ковые, поскольку энергия пропорцио­нальна квадрату частоты. Кроме того, сравнительно просто осуществляется на­правленное излучение ультразвука.

С помощью ультразвуковых датчиков обнаруживают дефекты в металлических деталях: трещины в изделиях, полости в отливках и т. д. Ультразвуковые датчики играют важную роль в дефекто­скопии, в неразрушающих методах контроля. Кроме того, ультра­звуковые датчики используются в приборах для измерения расхо­да, уровня, давления.

§ 13.2. Излучатели ультразвуковых колебаний

В ультразвуковых электрических датчиках наибольшее распространение получили магнитострикционные и пьезоэлектриче­ские излучатели, возбуждаемые с помощью полупроводниковых и электронных генераторов, вырабатывающих переменное напряже­ние с частотой более 10 кГц. Часто применяется и импульсное воз­буждение ультразвуковых излучателей.

Магнитострикционный излучатель стержневого типа (рис. 13.2, а) представляет собой набор тонких листов из ферромагнитного материала, на который намотана обмотка возбуждения. Чаще все­го в магнитострикдионных излучателях используется никель й его

сплавы (инвар и монель), а также ферриты. Форма пластины по­казана на рис. 13.2, б.

Если стержень из ферромагнитного материала находится в пе­ременном магнитном поле, то он будет попеременно сжиматься и разжиматься, т. е. деформироваться. Зависимость относительного изменения длины  стержня из никеля от напряженности маг­нитного поля Н показана на рис. 13.3. Так как знак деформации не зависит от направления поля, то частота колебаний деформа­ции будет в два раза больше частоты переменного возбуждающе-

го поля. Для получения больших механических деформаций ис­пользуют постоянное подмагничивание стержня, чтобы работать на наиболее крутом участке кривой (рис. 13.3).

Магнитострикционные излучатели работают в условиях резо­нанса, когда частота возбуждающего поля совпадает (настроена в резонанс) с частотой собственных упругих колебаний стержня, которая определяется по формуле

                    

где / — длина стержня; Е — модуль упругости; р — плотность ма­териала.

Для никелевого стержня длиной /=100 мм частота собствен­ных колебаний составляет 24,3 кГц, амплитуда достигает пример­но 1 мкм. Наивысшая частота, на которой еще удается возбудить достаточно интенсивные колебания, составляет 60 кГц, что соот­ветствует длине 40 мм. Помимо основной частоты в стержне мож­но возбудить и колебания на высших гармониках (при соответ­ствующем креплении стержня), но с меньшей амплитудой.

В пьезоэлектрическом излучателе ультразвуковых колебаний используется пластина кварца (рис. 13.4), к которой приложено переменное напряжение U_х, создающее электрическое поле в на­правлении электрической оси X (см. рис. 7.1). Продольный обрат­ный пьезоэффект заключается в деформации пластины по оси X.

При этом относительное изменение толщины пластины

                                                                        (13.3)

Поперечный обратный пьезоэффект заключается в деформации пла­стины в направлении механической оси У. При этом относительное изменение длины пластины

                                                                       (13.4)

 

Как видно из (13.3), продольная деформация не  зависит от раз метров пластины, а поперечная де­формация, как следует из (13.4), увеличивается с ростом отношения l/а. При напряжениях до 2,5 кВ сохраняется прямая пропорциональ­ность между величиной деформа­ции и напряжением. При больших напряжениях деформация увеличи­вается не столь быстро и при 1)х= =25 кВ оказывается на 30% мень­шей, чем рассчитанная по (13.3) и (13.4). Амплитуда колебаний до­стигает максимума при равенстве частоты приложенного напряжения и частоты собственных колебаний пластины.

Частота собственных продольных колебаний определяется по формуле, аналогичной (13.4), где модуль упругости берется в на­правлении оси X:

 

Частота собственных поперечных колебаний зависит от модуля упругости в направлении оси У:

 

Для кварцевых пластин f₀=285/c [кГц] и f/=272,6// [кГц], где раз­меры пластины выражены в сантиметрах.

По сравнению с магнитострикционными пьезоэлектрические из­лучатели обеспечивают значительно большую (на 1—2 порядка) частоту ультразвуковых колебаний.

§ 13.3. Применение ультразвуковых датчиков

В ультразвуковых уровнемерах и дефектоскопах исполь­зуется свойство ультразвука отражаться от границы двух сред. Соотношение между энергиями отраженных и падающих колебаний называется коэффициентом отражения. Этот коэффициент весьма велик для сред, существенно отличающихся по плотности и скоро­сти распространения звука. Например, коэффициент отражения на границе вода — сталь составляет 88, а на границе вода — транс­форматорное масло он равен 0,6. Но даже и при малых коэффи­циентах отражения полученный отраженный сигнал вполне доста­точен для измерения положения уровня раздела двух сред. Мерой

Вместе с этой лекцией читают «Часть 3».

уровня является время распространения колебании от источника излучения к границе раздела и обратно к приемнику. Эти величи­ны уровня и времени связаны между собой соотношением (13.1). Благодаря свойству ультразвуковых колебаний распространяться в любых упругих средах между излучателем и измеряемой средой может находиться металлическая стенка, что позволяет вести изме­рение без контакта измерительных элементов с контролируемой средой и без электрических вводов в резервуар.

 В ультразвуковых уровнемерах используется в основном им­пульсный режим передачи колебаний в среду. При этом пьезоэле-мент может попеременно работать то излучателем, то приемником ультразвука. Схема ультразвукового уровнемера показана на рис. 13.5. Электрические высокочастотные импульсы от генерато­ра 2 подаются по кабелю к пьезоэлементу датчика /, который из­лучает ультразвуковые колебания в измеряемую среду. Эти колеба­ния отражаются от границы раздела сред и возвращаются к пьезо­элементу, который преобразует их в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается усилителем 3 и подается на измерительное уст­ройство 4, определяющее время между посылкой импульса генера­тором 2 и приходом импульса в усилитель 3. В результате много­кратного отражения посланного импульса могут вернуться три-четыре сигнала, убывающие по амплитуде и запаздывающие друг относительно друга на одинаковое время. Частота посылаемых им­пульсов должна быть не слишком большой, чтобы все отраженные сигналы успели вернуться до посылки следующего импульса. Ультразвуковые уравнемеры обеспечивают точность в 1% при из­мерениях уровня в 5—10 м в условиях высокой температуры, вы­сокого давления, большой химической активности контролируемой среды. В воздухе ультразвуковые колебания затухают во много раз быстрее, чем в жидких (и вообще в более плотных) средах. По­этому предпочтительнее располагать излучатель и приемник под резервуаром, а не сверху (рис. 13.5).

В ультразвуковом расходомере используется эффект сложения скорости распространения ультразвука в упругой среде со ско­ростью движения этой среды. Схема ультразвукового расходомера показана на рис. 13.6. Пьезоэлементы 1 и 2 располагаются вдоль трубопровода и возбуждаются от генератора 3 на частоте в не­сколько сотен килогерц. Каждый из пьезоэлементов попеременно с помощью переключателя 4 работает то излучателем, то прием­ником. Таким образом, ультразвуковые колебания посылаются то по потоку среды, то навстречу ему. В первом случае скорости колебаний и потока складываются, во втором случае — вычита­ются. После прохождения по среде сигналы, принятые пьезоэле-ментами, усиливаются усилителем 5 и поступают попеременно на измерительное устройство 6. Разность фаз принятых колебаний будет пропорциональна скорости среды. Градуировка прибора вы­полняется для определенной среды. При использовании прибора для измерений расхода среды с другим значением скорости рас­пространения ультразвука изменяется и градуировка.

Следует отметить, что измерительные схемы для ультразвуко­вых датчиков довольно сложны.

Основы ультразвуковых датчиков

Ультразвуковые датчики

доступны уже несколько десятилетий, но, тем не менее, им по-прежнему принадлежит значительная часть рынка датчиков благодаря своим возможностям, гибкости и низкой стоимости. По мере того как все больше продуктов становились автономными, спрос на них еще больше увеличивался за счет включения в них роботов, автономных транспортных средств и дронов. Понимание того, как работает ультразвуковой датчик, как его можно использовать, плюсы и минусы его использования, а также их общие области применения покажет, насколько они актуальны сейчас, как и тогда, когда они были впервые представлены.

Что такое ультразвуковой датчик?

Ультразвуковые датчики обычно излучают щебетание между 23 кГц и 40 кГц, что намного выше, чем типичный диапазон слышимости человеческого слуха на частоте 20 кГц, отсюда и термин ультразвуковой. С помощью этого чириканья они измеряют количество времени, которое требуется звуку, чтобы отразиться от объекта. Это основано на тех же основных принципах эхолокации, которые используются летучими мышами для поиска своей добычи. Поскольку скорость звука в воздухе при комнатной температуре составляет 343 метра в секунду, это время можно легко преобразовать в расстояние, помня, что ультразвуковой чирик распространяется как к обнаруживаемому объекту, так и от него.

Расстояние (метры) = (прошедшее время [секунды] * 343 [метры / секунды]) / 2

Единицы измерения в этом уравнении можно изменить в соответствии с потребностями конкретного приложения, но простота уравнения показывает относительно простую работу ультразвукового датчика.

Как работает ультразвуковой датчик?

Переходя от теории к реальности, ультразвуковой датчик требует двух частей: передатчика и приемника. В самой стандартной конфигурации они размещаются рядом как можно ближе друг к другу.Когда приемник находится рядом с передатчиком, звук распространяется по более прямой линии от передатчика к обнаруженному объекту и обратно к приемнику, что приводит к меньшим ошибкам в измерениях. Существуют также ультразвуковые приемопередатчики, в которых функции передатчика и приемника объединены в один блок, что минимизирует погрешность, насколько это возможно физически, а также значительно сокращает площадь, занимаемую печатной платой.

Базовая работа пары ультразвукового передатчика и приемника

Акустические волны, выходящие из передатчика, по форме больше похожи на свет, выходящий из фонарика, чем на лазер, поэтому необходимо учитывать распространение и угол луча.По мере того, как звуковые волны распространяются дальше от передатчика, область обнаружения увеличивается по горизонтали и вертикали. Эта изменяющаяся зона является причиной того, что ультразвуковые датчики указывают свои характеристики охвата либо шириной луча, либо углом луча вместо стандартной зоны обнаружения. При сравнении этого угла луча между производителями рекомендуется убедиться, что угол луча равен либо полному углу луча, либо углу отклонения от прямой линии от преобразователя.

Понимание угла луча необходимо для определения зоны обнаружения.

Второстепенным эффектом угла луча является дальность действия устройства.В общем, узкий луч дает больший диапазон обнаружения, поскольку энергия ультразвукового импульса более сфокусирована и может идти дальше, прежде чем рассеиваться до непригодных для использования уровней. И наоборот, более широкий луч распространяет эту энергию в более широкую дугу, уменьшая ожидаемую дальность обнаружения. Выбор идеальной ширины луча во многом зависит от области применения: широкие лучи лучше охватывают большие площади и общее обнаружение, а более узкие лучи позволяют избежать ложных срабатываний за счет ограничения области обнаружения.

При поиске отдельных компонентов ультразвуковые датчики могут быть приобретены как независимые передатчики и приемники или как комбинация двух в одном устройстве, известном как ультразвуковой приемопередатчик.Большинство вариантов аналоговых ультразвуковых датчиков активируются путем отправки триггерного сигнала на передатчик, а приемник отправляет сигнал в ответ при обнаружении эхо-сигнала. Длина импульса и любое кодирование могут быть настроены разработчиком по мере необходимости. В конечном итоге этот процесс оставляет вычисление времени между триггером и эхом, а также декодирование хост-контроллеру. Существуют модули цифровых ультразвуковых датчиков, которые вычисляют расстояние на борту, а затем передают его на хост через коммуникационную шину.Хотя ультразвуковые передатчики, приемники или приемопередатчики часто приобретаются отдельно и собираются со специальной схемой и прошивкой, они также иногда доступны как единый блок, предварительно смонтированный на печатной плате в стандартной конфигурации определения дальности и простой логической плате. Хотя их проще использовать, дизайнеры отказываются от большой гибкости и настройки, используя эти модули.

Примеры ультразвукового передатчика, приемника и приемопередатчика

Сильные и слабые стороны ультразвуковых датчиков

Как и любая другая технология, ультразвуковые датчики лучше всего использовать в определенных ситуациях или приложениях, а не в других.Некоторые из их сильных сторон включают следующее:

• На ультразвуковые датчики не влияет цвет обнаруживаемых объектов, включая полупрозрачные или прозрачные объекты, такие как вода или стекло.
• Их минимальный и максимальный диапазоны довольно гибкие, при этом большинство ультразвуковых датчиков способны обнаруживать от нескольких сантиметров до примерно пяти метров. Специально сконфигурированные модули могут измерять даже до 20 метров.
• За десятилетия использования эта отработанная технология очень надежна и хорошо изучена, обеспечивая стабильные результаты.
• Ультразвуковые датчики обеспечивают относительно точные измерения, обычно в пределах 1%, а при желании — даже с большей точностью.
• Они могут выполнять множество измерений в секунду, обеспечивая высокую частоту обновления.
• Поскольку в редких материалах нет необходимости, они обычно довольно недорогие.
• Ультразвуковые датчики устойчивы к электрически зашумленным средам, а также к большинству акустических шумов, особенно при использовании модулей, оснащенных кодированными звуковыми сигналами.

Несмотря на то, что ультразвуковые датчики являются универсальной технологией, они имеют несколько ограничений, которые следует учитывать перед окончательным выбором датчика:

• Поскольку скорость звука зависит от температуры и влажности, условия окружающей среды могут изменить точность измерений.
• Хотя зона обнаружения является трехмерной, ультразвуковой датчик обнаруживает только то, что есть что-то на определенном расстоянии от детектора, и не может предоставить обратную связь о том, где находится объект в зоне обнаружения, а также о каких-либо характеристиках, таких как форма или цвет.
• Хотя их форм-фактор относительно невелик и их можно без проблем интегрировать в автомобили или промышленные приложения, ультразвуковые датчики могут оказаться слишком большими для очень небольших встроенных проектов.
• Как и любой датчик, они могут испачкаться, намокнуть или замерзнуть, что приведет к их неустойчивой работе или поломке.
• Из-за своей зависимости от звука, который, в свою очередь, зависит от какой-либо среды, ультразвуковые датчики не работают в вакууме.

Где обычно используются ультразвуковые датчики?

Первым из двух наиболее распространенных применений ультразвуковых датчиков является определение уровня жидкости, поскольку они могут обнаруживать жидкости любого цвета и непрозрачности, но при этом являются бесконтактными.Второй — это обычное обнаружение объектов из-за их невысокой стоимости и простоты. Специальные приложения для обнаружения объектов включают обнаружение столкновений для транспортных средств, обнаружение людей, обнаружение присутствия, сортировку ящиков, обнаружение поддонов с помощью вилочных погрузчиков, подсчет бутылок на машинах для розлива напитков и многое другое.

Ультразвуковые датчики могут использоваться в автономных пылесосах для обнаружения объектов.

Примером более творческого использования ультразвуковых датчиков может быть использование односторонних функций ультразвуковых передатчиков и приемников по отдельности.Хотя ультразвуковые импульсы находятся за пределами диапазона слышимости человека, они находятся в пределах диапазона слышимости различных животных. Ультразвуковой передатчик мог бы использовать свои излучатели для отпугивания животных, таких как птицы, в то время как ультразвуковой приемник мог бы использоваться для обнаружения шума.

Сводка

Ультразвуковые датчики

— это хорошо известная технология, которая продолжает оставаться чрезвычайно актуальной во многих промышленных и потребительских приложениях. Их простота, низкая стоимость и прочная конструкция делают их отличным выбором для многих новых продуктов, требующих обнаружения присутствия или измерения расстояния.Тем не менее, возможность изменять конфигурацию как аппаратного, так и программного обеспечения делает их чрезвычайно универсальными для более сложных ситуаций.

Дополнительные ресурсы

---

У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?
Отправьте нам письмо по адресу cuiinsights @ cuidevices.ком

Ультразвуковой датчик

— обзор

Умный ходунок / трость

В литературе ультразвуковой датчик, инфракрасный (ИК) датчик, камера, акселерометр, гироскоп, датчик влажности, система глобального позиционирования (GPS), которая может считаться позицией на открытом воздухе сенсор, широко используются в трости с технологией Khan et al. (2018). Например, ультразвуковые датчики и камеры используются для обнаружения и распознавания объектов, а ИК-датчики используются для оценки расстояния и наклона лестницы.Акселерометр определяет шаги, GPS определяет местонахождение пользователя трости, а гироскоп определяет ориентацию трости Ahmad et al. (2018); Leal-Junior et al. (2019); Wade et al. (2019).

Wade et al. (2019) представляет инструментальную систему трости, которая собирает данные о мобильности и оценивает риск падения с помощью датчиков, прикрепленных к трости. На рукоятке трости размещены резисторы, чувствительные к усилию, и инерциальный измерительный блок (IMU) с 9 степенями свободы (DOF), чтобы определить, какое давление захвата прикладывает пользователь.Впоследствии данные о давлении можно использовать для определения потенциально опасного использования. Стержень трости имеет радиочастотный модуль, который передает данные от датчиков на специальный ключ и ультразвуковой датчик, который обнаруживает препятствие. Одноосный датчик нагрузки расположен в основании для измерения веса, приходящегося на трость. Акселерометр с 3 степенями свободы, также расположенный у основания трости, используется для измерения линейного ускорения. Данные, собранные с датчиков, поступают в АЦП, также помещенные на трость. Позже выбранные данные отправляются RF-модулем на ПК для обработки.

Стандартный ходунок оснащен датчиками веса и датчиком обнаружения света и дальности (LIDAR) для контроля использования ходунка в Viegas et al. (2018). Датчики веса, прикрепленные к основанию ходунка, показанные на фиг. 9A, воспринимают приложенную силу на ногах ходунка. Данные, поступающие из ячеек, анализируются, чтобы найти информацию о центре масс. Датчик LIDAR измеряет расстояние, пройденное пользователем и пешеходом. Собранные данные используются для отслеживания разделения между пользователем и ходячим и, соответственно, координации между движениями ходунка и походкой пользователя.Данные датчика собираются микроконтроллером и передаются на ПК, в котором встроенный модуль Bluetooth обрабатывает данные. В части обработки данных идентифицируются два фактора риска. Первый фактор риска основан на балансе сил, прилагаемых к ногам ходящего, а второй — на согласовании движений ходунка и походки пользователя. Факторы риска вычисляются с использованием данных датчиков. Графический пользовательский интерфейс (GUI) создан для мониторинга данных датчиков и факторов риска в режиме реального времени.

Рис. 9. Иллюстрации приложений для умных ходунков / трости. (A) Стандартный ходунок, оборудованный тензодатчиками и лидаром для помощи пользователю. (B) Трость с различными датчиками, предназначенная для людей с ослабленным зрением. (C) Обзор программного обеспечения, используемого для реализации массива FBG, массив FBG помещается на опорную планку.

Из (A) Вьегаса V, Диаса Перейры JM, Postolache O и Girão PS (2018). Мониторинг вспомогательных устройств Walker: новый подход, основанный на тензодатчиках и оптических измерениях расстояния.Сенсоры 18: 540. https://doi.org/10.3390/s18020540. https://www.mdpi.com/1424-8220/18/2/540. (B) Мешрам В.В., Патил К., Мешрам В.А. и Шу Ф.К. (2019) Проницательное вспомогательное устройство для мобильности и распознавания объектов для людей с ослабленным зрением. Транзакции IEEE в человеко-машинных системах 49: 449–460. https://doi.org/10.1109/THMS.2019.2931745; (C) Leal-Junior AG, Frizera A, Theodosiou A, Díaz C, Jimenez M, Min R, Pontes MJ, Kalli K and Marques C (2019) Матрицы брэгговских решеток из полимерного оптического волокна с плоской записью и малыми потерями для многопараметрического измерения в умном ходунке. Журнал датчиков IEEE 19: 9221–9228.

Meshram et al. (2019) предлагает трость, которая может обнаруживать препятствия, знакомые предметы и мокрый пол в окружающей среде, чтобы помочь людям с ослабленным зрением. Обнаружение препятствий достигается за счет использования пяти ультразвуковых датчиков в разных местах стержня трости. В верхней части трости считыватель RF-идентификации (RFID) распознает объекты с RFID-меткой в ​​окружающей среде. В основании трости датчик контакта с жидкостью обнаруживает мокрый пол.Размещение датчиков показано на рис. 9В. Данные сенсора обрабатываются на небольшом компьютере, расположенном на теле трости. После обработки данных датчика интеллектуальная трость предоставляет пользователю информацию о препятствиях и объектах в окружающей среде посредством тактильной обратной связи с использованием вибратора на рукоятке трости или слуховой обратной связи с использованием проводных / беспроводных наушников.

Интеллектуальный ходунок на базе FBG представлен Leal-Junior et al. (2019), которые могут отслеживать температуру, деформацию и колебательные колебания для оценки частоты шагов, состояния вибрации пола и силы, прикладываемой к ходунку пользователем.Принцип работы датчиков ВБР основан на смещении длины волны Брэгга из-за колебаний температуры и деформации. На опорной стойке ходунка размещены пять FBG для улавливания силы, прикладываемой пользователем, и вибрационных колебаний из-за колебаний уровня пола. Чтобы оценить данные, полученные с помощью FBG, авторы разместили датчики силы в ручке ходунка, IMU на валу ходунка, а также лазерный дальномер на основании ходунка, как показано на рис. 9C. Данные этих датчиков использовались для сравнения измерений силы, вибрационных колебаний и данных о частоте шагов, соответственно.

Функциональность и технология ультразвуковых датчиков

• Продукты
  • Обнаружение объекта Обнаружение объекта

    Датчики, датчики приближения и световые барьеры для обнаружения объектов и положения.

  • Измерение расстояния Измерение расстояния

    Датчики для определения расстояний и информации о расстоянии от микрометров до 60 м.

  • Датчики Smart Vision Датчики Smart Vision

    Простота в обращении и реализация эффективных задач контроля и управления, а также робототехники с визуальным контролем.

  • Промышленные камеры / обработка изображений
  • Идентификация
  • Датчики вращения / датчики угла
  • Датчики наклона / ускорения
  • Датчики процесса Датчики процесса

    Автоматизация технологических процессов с помощью преобразователей, датчиков и измерительного оборудования для параметров давления, температуры, уровня заполнения, расхода и проводимости газообразных, жидких, пастообразных и сыпучих сред.

  • Датчики силы и тензодатчики
  • Регулировка формата Регулировка формата

    Отображение и регулировка положения упоров и форматов в машинах и системах.

  • Счетчики / дисплеи Счетчики / дисплеи

    Сбор, отображение и управление данными процесса и измеренными значениями, такими как номера единиц, время, скорости вращения и положения.

  • Аксессуары Аксессуары

    Всегда подходящий аксессуар для вашего датчика и вашего приложения.

  • Кабель / подключение
• Решения
• Компания
• Карьера
• Служба поддержки

Ультразвуковые датчики

— это универсальные датчики в мире датчиков, которые подходят практически для любых задач обнаружения в промышленных приложениях.Обнаруживаемые объекты могут быть твердыми, жидкими, гранулированными или порошкообразными. Они надежно обнаруживают прозрачные или глянцевые объекты, а также объекты изменяющегося цвета. Будучи чрезвычайно устойчивыми к загрязнениям, эффективность ультразвуковых датчиков проявляется особенно в суровых рабочих условиях, поскольку на надежность процесса не оказывает негативного влияния пыль, дым, туман и т. Д.

---

Принцип работы датчика

Большинство ультразвуковых датчиков основано на принципе измерения времени распространения звука между отправкой и получением (бесконтактный переключатель).Принцип барьера определяет расстояние от датчика до отражателя (световозвращающий датчик) или до объекта (датчик пересечения луча) в диапазоне измерения.

Бесконтактные переключатели

Ультразвуковые датчики приближения — это простейшая форма ультразвукового обнаружения объектов. Передатчик и приемник объединены в один корпус. Ультразвук отражается непосредственно от измеряемого объекта на приемник. Ультразвуковые датчики с функцией обучения отличаются от обычных типов тем, что они предлагают более простое и разнообразное управление простым нажатием кнопки.

Типичные области применения:

• Измерение расстояния
• Измерение высоты штабеля

Датчики на отражение от рефлектора

Светоотражающий датчик работает по тому же принципу, что и ультразвуковой датчик приближения. Измерение распространения звука определяет расстояние от датчика до отражателя или до объекта в диапазоне измерения. В качестве отражателя может использоваться любой звукоотражающий, неподвижный объект.

Типичные области применения:

• Объекты неправильной формы и наклонные
• Отражающие звук целевые объекты
• Звукопоглощающие материалы, такие как хлопок и поролон

Сквозные лучевые датчики

Ультразвуковые датчики на пересечение луча имеют короткое время отклика и большой диапазон. Передатчик и приемник размещены в двух отдельных корпусах. Передатчик постоянно излучает звуковые волны через воздух в приемник.Приемник переключается через выходной каскад, когда объект прерывает звуковые волны.

Типичные области применения:

• Обнаружение объектов в быстрой последовательности
• Подсчет объектов из материалов, которые трудно обнаружить (стеклянная тара, ПЭТ-бутылки)
• Мониторинг прозрачных материалов
• Мониторинг разрыва пленки
• Мониторинг уровня в резервуарах и силосы

---

Ультразвуковые датчики приближения

Устройство и работа

Для ультразвуковых датчиков приближения используется специальный звуковой преобразователь, который позволяет попеременно передавать и принимать звуковые волны.Звуковые волны, излучаемые преобразователем, отражаются объектом и принимаются обратно в преобразователь. После излучения звуковых волн ультразвуковой датчик переключится в режим приема. Время, прошедшее между излучением и приемом, пропорционально расстоянию от объекта до датчика.

Цифровой выход

Обнаружение возможно только в зоне обнаружения. Требуемый диапазон чувствительности можно отрегулировать с помощью потенциометра датчика или с помощью электронного обучения (кнопка обучения или дистанционное обучение).Если объект обнаружен в пределах установленной области, выход изменит состояние, которое визуализируется встроенным светодиодом.

Обнаружение цели

Звуковые волны лучше всего отражаются от твердых поверхностей. Мишени могут быть твердыми, жидкими, гранулированными или порошковыми. Как правило, ультразвуковые датчики используются для обнаружения объектов, где оптическим принципам не хватает надежности.

Стандартная цель

Стандартная цель определяется как квадратный плоский объект следующих размеров:

• 15 x 15 мм для Sde до 250 мм
• 30 x 30 мм для Sde до 1000 мм
• 100 x 100 мм для Sde> 1000 мм

Мишень должна быть установлена ​​перпендикулярно оси датчика.

Размер

Для надежного обнаружения объекта отраженный сигнал должен быть достаточно сильным. Интенсивность сигнала зависит от размера объекта. При использовании стандартного объекта доступно полное расстояние сканирования Sd.

Поверхность

Обнаружение звукопоглощающих материалов приведет к сокращению максимального расстояния срабатывания. Максимальное расстояние срабатывания может быть достигнуто, если максимальная шероховатость объекта не превышает 0,2 мм.

Типичные звукопоглощающие материалы:

• поролон
• хлопок / шерсть / ткань / войлок
• очень пористые материалы

Профили звукового конуса

Диаграммы профиля звукового конуса, приведенные в спецификациях этого каталога, представляют собой активные области чувствительности ультразвуковых датчиков. На диаграммах показаны боковые звуковые лепестки ближнего действия, которые увеличивают угол раскрытия датчика на близком расстоянии. Из-за звукопоглощения и диффузии воздуха лепестки уменьшаются на больших расстояниях.Размер, форма, свойства поверхности и направление обнаружения цели очень сильно влияют на боковую зону обнаружения ультразвукового датчика. Профили звукового конуса применимы ко всему семейству продуктов, например профиль 100-1000 мм является репрезентативным для всех связанных датчиков одного диапазона срабатывания — цифровых или аналоговых выходов и т. д.

Метод измерения

Стандартные квадратные мишени из стали используются для определения формы типичных конических профилей звукового конуса.

• 15 x 15 мм для Sde до 250 мм
• 30 x 30 мм для Sde до 1000 мм
• 100 x 100 мм для Sde> 1000 мм

Мишени располагаются перпендикулярно опорной оси датчика, подходил боком на разное расстояние. Затем строится профиль звукового конуса путем соединения измеренных точек линией. Форма конуса может меняться при обнаружении круглых объектов или объектов другой формы.

---

Ультразвуковые датчики на отражение от рефлектора

Устройство и работа

Ультразвуковой датчик с отражением от рефлектора аналогичен ультразвуковому датчику приближения.Расстояние от датчика до отражателя или до объекта в пределах расстояния срабатывания определяется путем измерения времени распространения. В качестве отражателя можно использовать любой звукоотражающий, неподвижный объект. Расстояние срабатывания Sd (датчик расстояния-отражатель) можно отрегулировать в соответствии с заданными условиями с помощью потенциометра датчика. Пока измеренное время распространения ультразвукового сигнала соответствует расстоянию от датчика до отражателя, устройство находится в неактивном состоянии. Когда объект приближается к зоне обнаружения, время распространения изменяется, и датчик переходит в активное состояние.Это также позволяет обнаруживать звукопоглощающие и отклоняющие звук объекты.

Обнаружение объекта

Стандартный объект / отражатель

Стандартная цель определяется как квадратный ровный объект с длиной кромки 30 мм (Sde> 1000 мм: длина кромки 100 мм, Sde ≥ 2500 мм: длина кромки 300 мм), который перпендикулярен базовой оси датчика. Отражатель должен быть изготовлен из материала с хорошими звукоотражающими свойствами и быть по крайней мере такого же размера, как и цель.

Объект с близкого расстояния

Для надежного обнаружения звуковой конус должен быть полностью закрыт, чтобы от отражателя не возвращалось эхо. Необходимый для этого диаметр объекта должен быть не менее 30 мм в УРДК 30 и не менее 100 мм в УРАМ 50.

Объект в остальном рабочем диапазоне

Для надежного обнаружения объекта отраженный сигнал должен быть достаточно сильным. Сила отраженного сигнала зависит от размера объекта.Для стандартного объекта или большего размера доступно полное расстояние срабатывания Sd.

Преимущества

• Простое обнаружение даже для 100% звукопоглощающих материалов
• Надежное обнаружение звукоизолирующих объектов
• Отсутствие слепых зон перед датчиком для объектов ≥ стандартного объекта

---

Ультразвуковые сквозные лучевые датчики

Устройство и работа

Излучатель и приемник находятся в двух отдельных корпусах.Непрерывный сигнал излучателя улавливается приемником. Объект, прерывающий звуковой луч, заставит приемник отреагировать, выдав выходной сигнал. При необходимости пользователь может настроить усиление входного сигнала. Когда объект прерывает звуковой луч, приемник реагирует и выдает выходной сигнал.

С помощью встроенного потенциометра пользователь может при необходимости отрегулировать усиление входного сигнала.

Состояние выходного каскада, а также интенсивность сигнала отображаются светодиодом.

Угол звукового луча α

Угол звукового луча (α) определяет границы излучаемого конического луча ультразвукового датчика сквозного луча.

Повторяемость

Из-за малого угла звукового луча повторяемость точки переключения двух последовательных целей при идентичных условиях лучше 3 мм.

Гистерезис

Гистерезис — это разница между рабочей точкой (S1) и точкой срабатывания (S2). Если объект прерывает звуковой луч, уровень сигнала необходимо увеличить примерно на 75%, чтобы сбросить выходной сигнал.Таким образом, можно легко обнаружить объекты, которые следуют друг за другом в быстрой последовательности.

---

Ультразвуковые датчики расстояния

Устройство и работа

Датчик обеспечивает пропорциональный расстоянию аналоговый выходной ток или аналоговый выход напряжения, что позволяет легко выполнять бесконтактное измерение расстояния. На основе метода импульсного эха измеренное значение расстояния выводится как значение напряжения. Выходной ток или выходное напряжение пропорциональны расстоянию до обнаруживаемого объекта.

Для датчиков измерения расстояния выходной ток или выходное напряжение пропорциональны расстоянию до обнаруживаемого объекта. Крутизна выходной кривой может быть изменена в зависимости от датчика с помощью потенциометра, обучения или qTeach и оптимально адаптирована к соответствующему применению. В приложениях с длинными кабелями, где могут быть помехи EMI или RFI, следует использовать датчики с аналоговым токовым выходом.

---

Вас также может заинтересовать

Монтаж ультразвуковых датчиков

Ультразвуковые датчики

Обнаружение объекта

• Исключительно быстрый, компактный и прочный в одном устройстве
• Невосприимчивый к яркости, цвету или прозрачности объекта
• Невосприимчивость к пыли, влаге или окружающему свету

Открыть в селекторе продуктов

Ультразвуковые датчики расстояния

Измерение расстояния

• Маленькие и легкие конструкции
• Измерения в очень маленьких контейнерах или отверстиях
• Большие диапазоны измерения до 6000 мм
• Прочные датчики для сложных условий

Открыть в селекторе продуктов Наверх

Grove — Ультразвуковой датчик расстояния

Grove — ультразвуковой датчик расстояния — это ультразвуковой преобразователь , который использует ультразвуковые волны для измерения расстояния.Он может измерять от 3 см до 350 см с точностью до 2 мм. Это идеальный ультразвуковой модуль для измерения расстояния, датчиков приближения и ультразвуковых детекторов.

Этот модуль имеет ультразвуковой передатчик и ультразвуковой приемник, поэтому вы можете рассматривать его как ультразвуковой приемопередатчик. Знакомый с сонаром: когда ультразвуковая волна 40 кГц, генерируемая передатчиком, встречает объект, звуковая волна излучается обратно, и приемник может принимать отраженную ультразвуковую волну.Необходимо только рассчитать время от передачи до приема, а затем умножить скорость звука в воздухе (340 м / с), чтобы вычислить расстояние от датчика до объекта.

Как работает ультразвуковой датчик расстояния?

Вот простой пример того, как работает ультразвуковой датчик для измерения расстояния:

• Во-первых, передатчик (триггерный контакт) посылает звуковую волну
• Объект улавливает волну, отражая ее обратно на датчик.
• Приемник (эхо-контакт) принимает его

По сравнению с традиционными ультразвуковыми модулями HC-SR04 , ультразвуковой датчик расстояния Grove объединяет однокристальный микрокомпьютер, а для передаваемого и принимающего сигналов используется один вывод за счет мультиплексирования с временным разделением, поэтому используется только один вывод ввода / вывода. занят. Другое отличие состоит в том, что HC-SR04 поддерживает только напряжение 5 В, а ультразвуковой датчик расстояния Grove поддерживает 5 В и 3,3 В. Как мы знаем, Raspberry pi I / O поддерживает только 3.3в. Следовательно, Grove — ультразвуковой датчик расстояния может быть напрямую подключен к вводу / выводу Raspberry Pi, но HC-SR04 должен использовать схему преобразования напряжения.

Более того, мы предоставляем полные документы и библиотеки для Arduino, Python и Codecraft, так что вы можете легко использовать Grove — ультразвуковой датчик расстояния с Arduino и Raspberry pi. Широкий диапазон напряжений, один вывод ввода-вывода, разъем Grove Plug and Play — мы делаем все возможное, чтобы упростить использование этого модуля и сократить вашу работу.

Характеристики

• Совместимость с 3,3 В / 5 В, широкий уровень напряжения: 3,2 В ~ 5,2 В
• Требуется всего 3 контакта, экономия ресурсов ввода-вывода
• Широкий диапазон измерения: 3 см ~ 350 см
• Plug and play с разъемом Grove

Приложения

• Измерение расстояния
• Ультразвуковой извещатель
• Сигнализация приближения
• Умный автомобиль

Демо

Мы обновили поддержку и пример кода, чтобы помочь вам подключить ультразвуковой датчик расстояния к Wio Terminal.

Обзор оборудования

Модуль ультразвукового датчика расстояния HC-SR04

Используйте ультразвуковой датчик HC-SR04, чтобы робот воспринимал расстояние.

Этот популярный ультразвуковой датчик расстояния обеспечивает стабильные и точные измерения расстояния от 2 см до 450 см. Он имеет фокусировку менее 15 градусов и точность около 2 мм.

Этот датчик использует ультразвуковой звук для измерения расстояния, как летучие мыши и дельфины.Ультразвуковой звук имеет такую ​​высокую высоту, что люди не могут его услышать. Этот конкретный датчик излучает ультразвуковой звук с частотой около 40 кГц. Датчик состоит из двух основных частей: преобразователя, создающего ультразвуковой звук, и другого, который отслеживает его эхо. Чтобы использовать этот датчик для измерения расстояния, мозг робота должен измерить количество времени, которое требуется ультразвуку для распространения.

Звук распространяется со скоростью примерно 340 метров в секунду. Это соответствует примерно 29.412 мкс (микросекунд) на сантиметр. Чтобы измерить расстояние, которое прошел звук, мы используем формулу: Distance = (Time x SpeedOfSound) / 2. В формуле стоит цифра «2», потому что звук должен перемещаться вперед и назад. Сначала звук уходит от датчика, а затем отскакивает от поверхности и возвращается обратно. Самый простой способ считать расстояние в сантиметрах — использовать формулу: Сантиметры = ((Микросекунды / 2) / 29). Например, если для отражения ультразвукового звука требуется 100 мкс (микросекунд), то расстояние составляет ((100/2) / 29) сантиметров или около 1.7 сантиметров.

Использование

Подключите контакты VCC и GND к источнику питания 5 В, контакт триггерного входа (Trig) к цифровому выходу и контакт эха (Echo) к цифровому входу микроконтроллера вашего робота. Подайте импульс на вывод триггера (Trig) на высокий уровень в течение не менее 10 мкс (микросекунд), а затем дождитесь высокого уровня на выводе эха (Echo). Время, в течение которого контакт Echo остается на высоком уровне, соответствует расстоянию, которое прошел ультразвуковой звук. Чем быстрее реакция, тем ближе ваш робот к препятствию.

Мы рекомендуем библиотеку NewPing для использования этого датчика с вашим Arduino или совместимым.

Список литературы

Поставщики и ресурсы беспроводной связи RF

О компании RF Wireless World

Веб-сайт RF Wireless World является домом для поставщиков и ресурсов радиочастотной и беспроводной связи. На сайте представлены статьи, руководства, поставщики, терминология, исходный код (VHDL, Verilog, MATLAB, Labview), тестирование и измерения, калькуляторы, новости, книги, загрузки и многое другое.

Сайт RF Wireless World охватывает ресурсы по различным темам, таким как RF, беспроводная связь, vsat, спутник, радар, волоконная оптика, микроволновая печь, wimax, wlan, zigbee, LTE, 5G NR, GSM, GPRS, GPS, WCDMA, UMTS, TDSCDMA, bluetooth, Lightwave RF, z-wave, Интернет вещей (IoT), M2M, Ethernet и т. Д. Эти ресурсы основаны на стандартах IEEE и 3GPP. В нем также есть академический раздел, который охватывает колледжи и университеты по инженерным дисциплинам и MBA.

Статьи о системах на основе Интернета вещей

Система обнаружения падений для пожилых людей на основе Интернета вещей : В статье рассматривается архитектура системы обнаружения падений, используемой для пожилых людей.В нем упоминаются преимущества или преимущества системы обнаружения падений Интернета вещей. Читать дальше➤
Также обратитесь к другим статьям о системах на основе Интернета вещей следующим образом:
• Система очистки туалетов самолета. • Система измерения столкновений • Система отслеживания скоропортящихся продуктов и овощей • Система помощи водителю • Система умной торговли • Система мониторинга качества воды. • Система Smart Grid • Система умного освещения на базе Zigbee • Интеллектуальная система парковки на базе Zigbee. • Система умной парковки на основе LoRaWAN

---

RF Статьи о беспроводной связи

В этом разделе статей представлены статьи о физическом уровне (PHY), уровне MAC, стеке протоколов и сетевой архитектуре на основе WLAN, WiMAX, zigbee, GSM, GPRS, TD-SCDMA, LTE, 5G NR, VSAT, Gigabit Ethernet на основе IEEE / 3GPP и т. Д. .стандарты. Он также охватывает статьи, относящиеся к испытаниям и измерениям, по тестированию на соответствие, используемым для испытаний устройств на соответствие RF / PHY. УКАЗАТЕЛЬ СТАТЬИ ДЛЯ ССЫЛКИ >>.

---

Физический уровень 5G NR : Обработка физического уровня для канала 5G NR PDSCH и канала 5G NR PUSCH рассмотрена поэтапно. Это описание физического уровня 5G соответствует спецификациям физического уровня 3GPP. Читать дальше➤

---

Основы повторителей и типы повторителей : В нем объясняются функции различных типов ретрансляторов, используемых в беспроводных технологиях.Читать дальше➤

---

Основы и типы замирания : В этой статье описаны мелкомасштабные замирания, крупномасштабные замирания, медленные, быстрые и т. Д., Используемые в беспроводной связи. Читать дальше➤

---

Архитектура сотового телефона 5G : В этой статье рассматривается структурная схема сотового телефона 5G с внутренними модулями 5G Архитектура сотового телефона. Читать дальше➤

---

Основы помех и типы помех: В этой статье рассматриваются помехи в соседнем канале, помехи в совмещенном канале, Электромагнитные помехи, ICI, ISI, световые помехи, звуковые помехи и т. Д.Читать дальше➤

---

5G NR Раздел

В этом разделе рассматриваются функции 5G NR (New Radio), нумерология, диапазоны, архитектура, развертывание, стек протоколов (PHY, MAC, RLC, PDCP, RRC) и т. Д. 5G NR Краткий указатель ссылок >>
• Мини-слот 5G NR • Часть полосы пропускания 5G NR • 5G NR CORESET • Форматы DCI 5G NR • 5G NR UCI • Форматы слотов 5G NR • IE 5G NR RRC • 5G NR SSB, SS, PBCH • 5G NR PRACH • 5G NR PDCCH • 5G NR PUCCH • Эталонные сигналы 5G NR • 5G NR m-последовательность • Золотая последовательность 5G NR • 5G NR Zadoff Chu Sequence • Физический уровень 5G NR • Уровень MAC 5G NR • Уровень 5G NR RLC • Уровень 5G NR PDCP

---

Учебные пособия по беспроводным технологиям

В этом разделе рассматриваются учебные пособия по радиочастотам и беспроводной связи.Он охватывает учебные пособия по таким темам, как сотовая связь, WLAN (11ac, 11ad), wimax, bluetooth, zigbee, zwave, LTE, DSP, GSM, GPRS, GPS, UMTS, CDMA, UWB, RFID, радар, VSAT, спутник, WLAN, волновод, антенна, фемтосота, тестирование и измерения, IoT и т. Д. См. УКАЗАТЕЛЬ >>

---

Учебное пособие по 5G — В этом учебном пособии по 5G также рассматриваются следующие подтемы по технологии 5G:
Учебное пособие по основам 5G. Частотные диапазоны руководство по миллиметровым волнам Волновая рама 5G мм Зондирование волнового канала 5G мм 4G против 5G Испытательное оборудование 5G Сетевая архитектура 5G Сетевые интерфейсы 5G NR канальное зондирование Типы каналов 5G FDD против TDD Разделение сети 5G NR Что такое 5G NR Режимы развертывания 5G NR Что такое 5G TF

---

Этот учебник GSM охватывает основы GSM, архитектуру сети, элементы сети, системные спецификации, приложения, Типы пакетов GSM, структура кадра GSM или иерархия кадров, логические каналы, физические каналы, Физический уровень GSM или обработка речи, вход в сеть мобильного телефона GSM, установка вызова или процедура включения питания, MO-вызов, MT-вызов, VAMOS, AMR, MSK, модуляция GMSK, физический уровень, стек протоколов, основы работы с мобильным телефоном, Планирование RF, нисходящая линия связи PS-вызова и восходящая линия связи PS.
➤Подробнее.

LTE Tutorial , охватывающий архитектуру системы LTE, охватывающий основы LTE EUTRAN и LTE Evolved Packet Core (EPC). Он обеспечивает связь с обзором системы LTE, радиоинтерфейсом LTE, терминологией LTE, категориями LTE UE, структурой кадра LTE, физическим уровнем LTE, Стек протоколов LTE, каналы LTE (логические, транспортные, физические), пропускная способность LTE, агрегация несущих LTE, передача голоса по LTE, расширенный LTE, Поставщики LTE и LTE vs LTE продвинутые.➤Подробнее.

---

RF Technology Stuff

На этой странице мира беспроводной радиосвязи описывается пошаговое проектирование преобразователя частоты RF на примере преобразователя RF UP от 70 МГц до диапазона C. для микрополосковой платы с использованием дискретных радиочастотных компонентов, а именно. Смесители, гетеродин, MMIC, синтезатор, опорный генератор OCXO, колодки аттенюатора. ➤Подробнее.
➤Проектирование и разработка радиочастотного трансивера ➤Конструкция RF-фильтра ➤VSAT Система ➤Типы и основы микрополосковой печати ➤Основы работы с волноводом

---

Секция испытаний и измерений

В этом разделе рассматриваются контрольно-измерительные ресурсы, испытательное и измерительное оборудование для тестирования DUT на основе Стандарты WLAN, WiMAX, Zigbee, Bluetooth, GSM, UMTS, LTE.УКАЗАТЕЛЬ испытаний и измерений >>
➤Система PXI для T&M. ➤ Генерация и анализ сигналов ➤Измерения слоя PHY ➤Тест устройства на соответствие WiMAX ➤ Тест на соответствие Zigbee ➤Тест на соответствие LTE UE ➤Тест на соответствие TD-SCDMA

---

Волоконно-оптическая технология

Волоконно-оптический компонент , основы, включая детектор, оптический соединитель, изолятор, циркулятор, переключатели, усилитель, фильтр, эквалайзер, мультиплексор, разъемы, демультиплексор и т. д.Эти компоненты используются в оптоволоконной связи. Оптические компоненты INDEX >>
➤Учебник по оптоволоконной связи ➤APS в SDH ➤SONET основы ➤SDH Каркасная конструкция ➤SONET против SDH

---

Поставщики и производители беспроводных радиочастотных устройств

Сайт RF Wireless World охватывает производителей и поставщиков различных радиочастотных компонентов, систем и подсистем для ярких приложений, см. ИНДЕКС поставщиков >>.

Поставщики радиочастотных компонентов, включая радиочастотный изолятор, радиочастотный циркулятор, радиочастотный смеситель, радиочастотный усилитель, радиочастотный адаптер, радиочастотный разъем, радиочастотный модулятор, радиочастотный трансивер, PLL, VCO, синтезатор, антенну, генератор, делитель мощности, сумматор мощности, фильтр, аттенюатор, диплексор, дуплексер, чип-резистор, чип-конденсатор, чип-индуктор, ответвитель, оборудование EMC, программное обеспечение для проектирования RF, диэлектрический материал, диод и т. д.Производители RF компонентов >>
➤Базовая станция LTE ➤RF Циркулятор ➤RF Изолятор ➤Кристаллический осциллятор

---

MATLAB, Labview, встроенные исходные коды

Раздел исходного кода RF Wireless World охватывает коды, связанные с языками программирования MATLAB, VHDL, VERILOG и LABVIEW. Эти коды полезны для новичков в этих языках. ИНДЕКС ИСХОДНОГО КОДА >>
➤3-8 декодер кода VHDL ➤Код MATLAB для дескремблера ➤32-битный код ALU Verilog ➤T, D, JK, SR триггеры labview коды

* Общая информация о здравоохранении *

Выполните эти пять простых действий, чтобы остановить коронавирус (COVID-19).
СДЕЛАЙТЕ ПЯТЬ
1. РУКИ: часто мойте их.
2. КОЛЕНО: Откашляйтесь.
3. ЛИЦО: не трогайте его
4. НОГИ: держитесь на расстоянии более 3 футов (1 м) друг от друга.
5. ЧУВСТВОВАТЬ: Болен? Оставайся дома

Используйте технологию отслеживания контактов >>, соблюдайте >> рекомендации по социальному дистанцированию и установить систему видеонаблюдения >> чтобы спасти сотни жизней. Использование концепции телемедицины стало очень популярным в таким странам, как США и Китай, остановить распространение COVID-19, поскольку это заразное заболевание.

---

RF Беспроводные калькуляторы и преобразователи

Раздел «Калькуляторы и преобразователи» охватывает ВЧ-калькуляторы, беспроводные калькуляторы, а также преобразователи единиц. Сюда входят такие беспроводные технологии, как GSM, UMTS, LTE, 5G NR и т. Д. СПРАВОЧНЫЕ КАЛЬКУЛЯТОРЫ Указатель >>.
➤ Калькулятор пропускной способности 5G NR ➤5G NR ARFCN против преобразования частоты ➤Калькулятор скорости передачи данных LoRa ➤LTE EARFCN для преобразования частоты ➤Калькулятор антенн Яги ➤ Калькулятор времени выборки 5G NR

---

IoT-Интернет вещей Беспроводные технологии

Раздел IoT охватывает беспроводные технологии Интернета вещей, такие как WLAN, WiMAX, Zigbee, Z-wave, UMTS, LTE, GSM, GPRS, THREAD, EnOcean, LoRa, SIGFOX, WHDI, Ethernet, 6LoWPAN, RF4CE, Bluetooth, Bluetooth Low Power (BLE), NFC, RFID, INSTEON, X10, KNX, ANT +, Wavenis, Dash7, HomePlug и другие.Он также охватывает датчики Интернета вещей, компоненты Интернета вещей и компании Интернета вещей.
См. Главную страницу IoT >> и следующие ссылки.
➤ НИТЬ ➤EnOcean ➤Учебник по LoRa ➤Учебник по SIGFOX ➤WHDI ➤6LoWPAN ➤Zigbee RF4CE ➤NFC ➤Lonworks ➤CEBus ➤UPB

СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ

RF Wireless Учебники

Датчики разных типов

Поделиться страницей

Перевести страницу

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК HC-SR04 С ARDUINO

Ультразвуковой датчик

HC-SR04 — это датчик, который может измерять расстояние.Он излучает ультразвук с частотой 40 000 Гц (40 кГц), который распространяется по воздуху и, если на его пути есть объект или препятствие, он отскакивает обратно к модулю. Он обычно используется в роботах, избегающих препятствий, и в проектах автоматизации. Поставляется в комплекте с модулями ультразвукового передатчика и приемника.

Вот список некоторых характеристик и характеристик ультразвукового датчика HC-SR04:

• Источник питания: +5 В постоянного тока
• Ток покоя: <2 мА
• Рабочий ток: 15 мА
• Фактический угол: <15 °
• Расстояние охвата: 2 см — 400 см / 1 ″ — 13 футов
• Разрешение: 0.3 см
• Угол измерения: 30 градусов
• Ширина входного импульса триггера: 10 мкс
• Размеры: 45 мм x 20 мм x 15 мм

Ультразвуковые датчики работают, испуская звуковые волны с частотой, слишком высокой для человеческого восприятия. Эти звуковые волны распространяются по воздуху со скоростью звука примерно 343 м / с. Если перед датчиком есть объект, звуковые волны отражаются обратно, и приемник ультразвукового датчика их обнаруживает. Измеряя, сколько времени прошло между отправкой и получением звуковых волн, можно рассчитать расстояние между датчиком и объектом.

При 20 ° C скорость звука составляет примерно 343 м / с или 0,034 см / мкс. Допустим, время между отправкой и получением звуковых волн составляет 2000 микросекунд. Если вы умножите скорость звука на время прохождения звуковых волн, вы получите расстояние, которое прошли звуковые волны.
Расстояние = Скорость x Время
Но это не тот результат, которого мы ожидаем. Расстояние между датчиком и объектом на самом деле составляет только половину этого расстояния, потому что звуковые волны прошли от датчика к объекту и обратно от объекта к датчику.Значит нужно результат разделить на два.
Расстояние (см) = Скорость звука (см / мкс) × Время (мкс) / 2
Таким образом, для примера это выглядит следующим образом:
Расстояние (см) = 0,0343 (см / мкс) × 2000 (мкс) / 2 = 34,3 см

VCC — это источник питания для ультразвукового датчика расстояния HC-SR04, который мы подключаем к выводу 5V на Arduino.
Триггер (Триггер) Контакт используется для запуска ультразвуковых звуковых импульсов.
Вывод Echo генерирует импульс при приеме отраженного сигнала.Длина импульса пропорциональна времени, которое потребовалось для обнаружения переданного сигнала.
GND должен быть подключен к земле Arduino.

Подключение

• Датчик имеет четыре контакта -GND, VCC, trig, echo
• Работает под 5в. Подключите вывод Vcc датчика к Arduino 5v
• Контакт GND ультразвукового датчика подключен к GND Arduino
• Интерфейс триггерного и эхо-сигнала датчика с любыми цифровыми выводами Arduino.Здесь мы подключены к цифровым контактам 2 и 3 Arduino.

Образец кода

Тестирование

Шаг 1. Подключите кабель A к B к USB-порту компьютера и убедитесь, что порт был обнаружен, отметив опцию «Диспетчер устройств».

Шаг 2 — Откройте два окна IDE Arduino, выберите Arduino UNO в качестве платы и выберите соответствующий COM-порт.
Плата: Инструменты> Плата> Arduino / Geniuno UNO.

Шаг 3 — Порт: Инструменты> Порт в Arduino.

Шаг 4 — Скомпилируйте и загрузите эту программу на свою плату Arduino Uno через Arduino IDE
. Показания датчика будут получены на последовательном мониторе.

Видео-демонстрация показана ниже