Ultraheliandur mõõdab kontaktivaba tehnoloogia abil õhu kaudu kaugust sihtmärkideni. Seda on lihtne kasutada, usaldusväärne ja ökonoomne. Selle seadme tööpõhimõte põhineb erinevate loomade poolt kasutatavatel tehnikatel. Vidin annab täpseid mõõtmisi paljudes keerulistes keskkondades ja ebatavalistes materjalides.
Sisu
- Töö tunnused ja leiutamise ajalugu
- Ultraheli põhimõte
- Seadme ja tehnilised omadused
- Rakendus ja eelised
Töö tunnused ja leiutamise ajalugu
Ultrahelimuundur kiirgab regulaarsete ajavahemike järel lühikesi kõrgsageduslikke heliimpulsse. Nad liiguvad läbi õhu helikiirusel. Kui impulsid põrkuvad mingi objektiga, peegelduvad need kajasignaalidena tagasi andurile. Seade arvutab iseseisvalt kauguse sihtmärgini, lähtudes signaali väljastamise ja kaja vastuvõtmise vahelisest ajavahemikust.
Kuna kaugus objektini määratakse lennuaja mõõtmise, mitte heli intensiivsuse järgi, ultraheliandurid sobivad ideaalselt taustmüra summutamiseks. Peaaegu kõiki heli peegeldavaid objekte on võimalik tuvastada olenemata nende värvist. Ultrahelilainete puhul pole probleemiks ka läbipaistvad materjalid või õhukesed fooliumid, kuna seade näeb läbi tolmu, õhu ja tindiudu. Isegi õhukesed ladestused sensoorsel membraanil ei kahjusta selle funktsiooni.
Ultrahelianduri leiutamise ajalugu ulatub aastasse 1790, mil Lazzaro Spallanzani avastas esmakordselt, et nahkhiired manööverdavad lennu ajal pigem kuulmist kui nägemist kasutades. Spallanzani viis nahkhiirtega läbi rea katseid, mille järel jõudis ta järeldusele, et nad kasutavad täielikus pimeduses navigeerimiseks heli ja kõrvu. Ta oli teerajaja kajalokatsiooni esialgses uuringus, kuigi tema uurimistöö piirdus ainult vaatlusega.
Hiljem pöördusid teadlased sensoorsete mehhanismide uurimise poole. 1930. aastatel kinnitas teadlane Donald Griffin esimesena, et nahkhiired liiguvad navigeerimiseks heli abil, ja avastas nende tähelepanuväärse võime pimedas liikuda saladuse. Leiti, et loomad kiirgavad ultraheli helisid ja kuulevad peegeldunud helilaineid, et määrata kindlaks objektid nende lennutrajektooril. Griffin nimetas nahkhiirte sensoor-akustilist vormi navigatsiooni kajalokatsiooniks.
Kajalokatsioon on helilainete ja kaja kasutamine objektide asukoha ja kaugele määramiseks.
Võimalus tuvastada ja väljastada ultraheli sagedusi, mis ületavad inimese kuulmisvahemikku, on oluline vahend ellujäämiseks rohkem kui lihtsalt nahkhiirtele. Öised ja mereloomad toetuvad saagi navigeerimiseks ja asukoha määramiseks tundlikele süsteemidele, samas kui mõned putukad kasutavad kiskjate tuvastamiseks ultrahelikuulmist. See võime on paljude loomade jaoks oluline.
Ultraheli põhimõte
Ultraheli anduri moodul koosneb saatjast ja vastuvõtjast. Ultraheliks loetakse mis tahes heli, mis ületab 20 kilohertsi (20 000 hertsi). Sel põhjusel nimetatakse kõiki helisid, mis ületavad inimese kuulmisvahemikku, ultraheliks. Saatja kiirgab 40 kHz ultrahelikiirgust ja vastuvõtja on ette nähtud ainult 40 kHz helilainete vastuvõtmiseks. Saatja lähedal asuv vastuvõtjaandur võib tabada peegeldunud helilaineid, kui moodul tabab eesolevat takistust.
Kui ultrahelimooduli ees on takistusi, arvutab see signaalide saatmiseks kuluva aja ja nende vastuvõtt, kuna aeg ja kaugus on seotud helilainetega, mis läbivad õhku kiirusega 343,2 m/sek. Pärast signaali vastuvõtmist kuvatakse ekraanil andmed. Seega mõõta saab laias valikus materjale, sealhulgas:
- kõva või pehme;
- värviline või läbipaistev;
- lamedad või kumerad.
Seadme ja tehnilised omadused
Need instrumendid suudavad ühe või mitme anduri abil määrata objektide kõrguse, laiuse ja läbimõõdu. Üksusi saab valida või tagasi lükata olenevalt nende suurusest või profiilist.
Ultraheli kaugusandur tuvastab ruumi ruumi, mõõtes aega, mis kulub heli peegeldamiseks. Heli sagedus jääb ultraheli vahemikku, mis annab helilaine täpsema suuna. See on tingitud asjaolust, et kõrgema sagedusega heli hajub keskkonda.
Seade sisaldab kahte membraani. Üks neist tekitab heli ja teine võtab vastu peegeldunud kaja. Seadme membraanideks on tavaliselt kõlar ja mikrofon. Heligeneraator genereerib lühikesi ultraheliimpulsse ja käivitab taimeri. Teine membraan registreerib heliimpulsi saabumise ja peatab taimeri. Saadud aja järgi saate arvutada tee, mille heli on läbinud. Kaugus objektini on pool helilaine läbitud vahemaast.
Rakendus ja eelised
Distantsiandureid kasutatakse igapäevaelus laialdaselt. Autod on varustatud parkimisanduritega. Lisaks kauguste mõõtmisele saavad nad lihtsalt registreerida mõne objekti olemasolu mõõtmispiirkonnas, näiteks töömasinate ohtlikes piirkondades. Sellised seadmed kasutatakse paljudes tööstusharudes, näiteks:
-
ajakirjanduses; - teisendamisel;
- robootikas;
- materjalide töötlemise ajal;
- transpordis jne.
Kaugusandurite abil saab jälgida või näidata objektide ja materjalide asukohta. Neid instrumente kasutatakse nii laialdaselt, et neid saab mõõtmisrakendustes usaldusväärselt rakendada materjali granulaarsus, veetaseme määramine ja palju muud, kuna ultraheli peegeldub peaaegu igast pinnad. Ainsad erandid on pehmed materjalid, näiteks vill. Selle pind neelab ultrahelilaineid ja ei peegelda heli.
Ultraheli kaugusmõõturid on infrapunaanduritest paremad, kuna neid ei mõjuta suits ja muud tegurid. Kuigi see süsteem pole täiesti täiuslik, on see hea, usaldusväärne ja ökonoomne lahendus vahemaade ja takistuste tuvastamiseks.
Vidinad ühendatakse kõigi levinumate automatiseerimis- ja telemeetriatööriistadega. Rakendused ulatuvad lihtsatest analoogühendustest kuni keerukate mitme anduriga andmevõrkudeni.
