Что такое ультразвуковой датчик?
Ультразвуковой датчик — это устройство, которое использует ультразвуковые волны для измерения расстояния до объекта.
Ультразвук — это общий термин для звуков, которые имеют высокую частоту и не слышны человеку. Человеческое ухо может улавливать частоты от 20 Гц до 20 000 Гц, но звуки более высоких частот не слышны человеку и называются ультразвуковыми.
Ультразвуковые датчики генерируют ультразвуковые волны и измеряют расстояние, обнаруживая отраженные звуковые волны. В последние годы ультразвуковые датчики стали более компактными, легкими и недорогими, и поэтому широко используются.
Применение ультразвуковых датчиков
Ультразвуковые датчики широко используются в бытовых и промышленных целях. Для повседневного использования преимущество бесконтактного измерения расстояния используется, например, в автомобильных дальномерах и полотенцах для реактивных двигателей. Автомобильные дальномеры быстро становятся популярными из-за обязательного использования тормозов для уменьшения повреждений при столкновении.
Промышленные приложения включают указатели уровня для резервуаров сточных вод и резервуаров для хранения химикатов. Они часто используются для высококоррозионных жидкостей.
Эхолоты также используют ультразвуковые датчики. Это применение ультразвуковых датчиков, которое используется уже долгое время.
Принцип работы ультразвуковых датчиков
Ультразвуковые датчики измеряют расстояние, передавая ультразвуковые волны и обнаруживая отраженные волны.
Скорость звука определяется атмосферой, в которой распространяется звук, и оценивается в 340 м/с в воздухе и 1500 м/с в воде. Если известна распространяющаяся атмосфера, расстояние можно преобразовать, измерив время, необходимое отраженной волне для достижения приемного элемента.
Основным компонентом ультразвуковых датчиков является пьезоэлектрический элемент. Пьезоэлектрический элемент преобразует электрическую энергию в кинетическую, а затем обратно в электрическую энергию при приложении давления через отраженную волну.
Таким образом, пьезоэлектрический элемент выполняет как передающую, так и приемную функции. Он преобразует входной электрический сигнал в ультразвуковые волны, считывает отраженные волны и выдает электрический сигнал.
В принципе, преимущества и недостатки ультразвуковых датчиков следующие.
Преимущества ультразвуковых датчиков
- Бесконтактное определение расстояния до объекта
- Может обнаруживать прозрачные объекты, такие как стекло
- Возможно прохождение даже при наличии грязи или пыли между объектом и датчиком
- Ультразвуковые волны быстрые, поэтому датчик может обнаруживать движущиеся объекты
Недостатки ультразвуковых датчиков
- Легко подвержены влиянию температуры и ветра
- Мягкие и неровные объекты не могут быть обнаружены
Самой важной особенностью ультразвуковых датчиков является то, что они могут измерять расстояния без контакта. Они в основном используются, когда требуется бесконтактное измерение.