Der Ultraschallsensor misst berührungslos die Entfernung zu Zielen durch die Luft. Es ist einfach zu bedienen, zuverlässig und wirtschaftlich. Das Funktionsprinzip dieses Geräts basiert auf Techniken, die von verschiedenen Tieren verwendet werden. Das Gadget bietet genaue Messungen in vielen schwierigen Umgebungen und ungewöhnlichen Materialien.
Inhalt
- Arbeitsmerkmale und Erfindungsgeschichte
- Ultraschallprinzip
- Geräte- und technische Eigenschaften
- Anwendung und Vorteile
Arbeitsmerkmale und Erfindungsgeschichte
Der Ultraschallwandler sendet in regelmäßigen Abständen kurze, hochfrequente Schallimpulse aus. Sie bewegen sich mit Schallgeschwindigkeit durch die Luft. Treffen die Pulse auf ein Objekt, werden sie in Form von Echosignalen zum Sensor zurückreflektiert. Aus dem Zeitintervall zwischen der Aussendung des Signals und dem Empfang des Echos berechnet das Gerät selbstständig die Entfernung zum Ziel.
Da die Entfernung zu einem Objekt durch die Messung der Flugzeit und nicht durch die Intensität des Schalls bestimmt wird,
Ultraschallsensoren sind ideal zur Unterdrückung von Hintergrundgeräuschen. Fast alle schallreflektierenden Objekte können unabhängig von ihrer Farbe erkannt werden. Auch transparente Materialien oder dünne Folien sind für Ultraschallwellen kein Problem, da das Gerät durch Staub, Luft und Tintennebel hindurchschauen kann. Auch dünne Ablagerungen auf der Sinnesmembran beeinträchtigen ihre Funktion nicht.
Die Geschichte der Erfindung des Ultraschallsensors reicht bis ins Jahr 1790 zurück, als Lazzaro Spallanzani zum ersten Mal entdeckte, dass Fledermäuse im Flug eher mit Hören als mit Augen manövrieren. Spallanzani führte eine Reihe von Experimenten an Fledermäusen durch, wonach er zu dem Schluss kam, dass sie Geräusche und Ohren verwenden, um in völliger Dunkelheit zu navigieren. Er war ein Pionier bei der anfänglichen Untersuchung der Echoortung, obwohl sich seine Forschungen nur auf die Beobachtung beschränkten.
Später wandten sich die Wissenschaftler dem Studium sensorischer Mechanismen zu. In den 1930er Jahren bestätigte der Forscher Donald Griffin als erster, dass sich Fledermäuse mithilfe von Geräuschen zur Navigation bewegen, und entdeckte das Geheimnis ihrer bemerkenswerten Fähigkeit, sich im Dunkeln zu bewegen. Es wurde festgestellt, dass die Tiere Ultraschalltöne aussenden und reflektierte Schallwellen hören, um Objekte in ihrer Flugbahn zu lokalisieren. Griffin bezeichnete die sensorisch-akustische Form der Fledermaus-Navigation als Echoortung.
Echoortung ist die Verwendung von Schallwellen und Echos, um zu bestimmen, wo und wie weit sich Objekte befinden.
Die Fähigkeit, Ultraschallfrequenzen oberhalb des menschlichen Hörbereichs zu erkennen und auszusenden, ist nicht nur für Fledermäuse ein wesentliches Überlebensinstrument. Nacht- und Meerestiere sind auf empfindliche Systeme angewiesen, um Beute zu navigieren und zu lokalisieren, während einige Insekten Ultraschall hören, um Raubtiere zu erkennen. Diese Fähigkeit ist für viele Tiere wichtig.
Ultraschallprinzip
Ultraschallsensormodul besteht aus einem Sender und einem Empfänger. Jeder Schall über 20 Kilohertz (20.000 Hertz) wird als Ultraschall betrachtet. Aus diesem Grund werden alle Geräusche oberhalb des menschlichen Hörbereichs als Ultraschall bezeichnet. Der Sender sendet 40 kHz Ultraschallstrahlung aus und der Empfänger ist nur für den Empfang von 40 kHz Schallwellen ausgelegt. Ein Empfängersensor in der Nähe des Senders kann reflektierte Schallwellen aufnehmen, wenn das Modul auf ein Hindernis vor Ihnen trifft.
Immer wenn sich Hindernisse vor dem Ultraschallmodul befinden, berechnet es die Zeit, die zum Senden von Signalen benötigt wird und deren Empfang, da Zeit und Entfernung mit Schallwellen verbunden sind, die mit einer Geschwindigkeit von 343,2. durch die Luft gehen m/Sek. Nach Empfang eines Signals zeigt das Display die Daten an. Auf diese Weise eine breite Palette von Materialien kann gemessen werden, darunter:
- hart oder weich;
- farbig oder transparent;
- flach oder gebogen.
Geräte- und technische Eigenschaften
Diese Instrumente können mit einem oder mehreren Sensoren Höhe, Breite und Durchmesser von Objekten bestimmen. Artikel können ausgewählt oder abgelehnt werden je nach Größe oder Profil.
Ein Ultraschall-Abstandssensor erkennt den Raum zu einem Objekt, indem er die Zeit misst, die der Schall braucht, um ihn zu reflektieren. Die Frequenz des Schalls liegt im Bereich des Ultraschalls, was eine genauere Richtung der Schallwelle ermöglicht. Dies liegt daran, dass Schall mit einer höheren Frequenz in der Umgebung gestreut wird.
Das Gerät enthält zwei Diaphragmen. Einer von ihnen erzeugt Schall und der andere empfängt das reflektierte Echo. Die Membranen im Gerät sind normalerweise ein Lautsprecher und ein Mikrofon. Der Schallgenerator erzeugt kurze Ultraschallimpulse und startet einen Timer. Die zweite Membran registriert das Eintreffen eines Schallimpulses und stoppt den Timer. Aus der erhaltenen Zeit können Sie den Weg berechnen, den der Schall zurückgelegt hat. Die Entfernung zum Objekt ist die Hälfte der Entfernung, die die Schallwelle zurücklegt.
Anwendung und Vorteile
Distanzsensoren sind im Alltag weit verbreitet. Autos sind mit Parksensoren ausgestattet. Neben der Entfernungsmessung können sie beispielsweise in explosionsgefährdeten Bereichen von Arbeitsmaschinen einfach die Anwesenheit eines Objekts im Messbereich erfassen. Solche Geräte in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, zum Beispiel:
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In der Presse; - beim Umwandeln;
- in der Robotik;
- bei der Verarbeitung von Materialien;
- beim Transport usw.
Distanzsensoren können verwendet werden, um die Position von Objekten und Materialien zu überwachen oder anzuzeigen. Diese Instrumente sind so weit verbreitet, dass sie zuverlässig in Messanwendungen eingesetzt werden können Körnigkeit des Materials, Bestimmung des Wasserstandes und vieles mehr, da Ultraschall von fast allen reflektiert wird Oberflächen. Einzige Ausnahme sind weiche Materialien wie Wolle. Seine Oberfläche absorbiert Ultraschallwellen und reflektiert keinen Schall.
Ultraschall-Entfernungsmesser sind Infrarotsensoren überlegen, da sie von Rauch und anderen Faktoren nicht beeinflusst werden. Dieses System ist zwar nicht ganz perfekt, aber eine gute, zuverlässige und wirtschaftliche Lösung zur Erkennung von Entfernungen und Hindernissen.
Die Gadgets lassen sich mit allen gängigen Automatisierungs- und Telemetrietools verbinden. Die Anwendungen reichen von einfachen analogen Verbindungen bis hin zu komplexen Multisensor-Datennetzwerken.
