Il sensore a ultrasuoni misura la distanza dei bersagli attraverso l'aria utilizzando la tecnologia senza contatto. È facile da usare, affidabile ed economico. Il principio di funzionamento di questo dispositivo si basa su tecniche utilizzate da vari animali. Il gadget fornisce misurazioni accurate in molti ambienti difficili e materiali insoliti.
Contenuto
- Caratteristiche del lavoro e storia dell'invenzione
- Principio degli ultrasuoni
- Dispositivo e caratteristiche tecniche
- Applicazione e vantaggi
Caratteristiche del lavoro e storia dell'invenzione
Il trasduttore ad ultrasuoni emette brevi impulsi sonori ad alta frequenza a intervalli regolari. Viaggiano nell'aria alla velocità del suono. Se gli impulsi si scontrano con un oggetto, vengono riflessi al sensore sotto forma di segnali di eco. Il dispositivo calcola autonomamente la distanza dal target in base all'intervallo di tempo tra l'emissione del segnale e la ricezione dell'eco.
Poiché la distanza da un oggetto è determinata misurando il tempo di volo, e non dall'intensità del suono,
i sensori a ultrasuoni sono ideali per sopprimere il rumore di fondo. Quasi tutti gli oggetti che riflettono il suono possono essere rilevati indipendentemente dal loro colore. Anche i materiali trasparenti o le lamine sottili non sono un problema per le onde ultrasoniche, poiché il dispositivo è in grado di vedere attraverso polvere, aria e nebbie di inchiostro. Anche i depositi sottili sulla membrana sensoriale non ne compromettono la funzione.
La storia dell'invenzione del sensore ad ultrasuoni risale al 1790, quando Lazzaro Spallanzani scoprì per la prima volta che i pipistrelli si manovrano in volo usando l'udito piuttosto che la vista. Spallanzani ha condotto una serie di esperimenti sui pipistrelli, dopo di che è giunto alla conclusione che usano il suono e le orecchie per navigare nel buio più completo. Ha aperto la strada allo studio iniziale dell'ecolocalizzazione, sebbene la sua ricerca fosse limitata alla sola osservazione.
Successivamente, gli scienziati si sono rivolti allo studio dei meccanismi sensoriali. Negli anni '30, il ricercatore Donald Griffin fu il primo a confermare che i pipistrelli si muovono usando il suono per navigare e scoprì il segreto della loro straordinaria capacità di muoversi nell'oscurità. È stato scoperto che gli animali emettono suoni ultrasonici e sentono le onde sonore riflesse per individuare gli oggetti nel loro percorso di volo. Griffin chiamò ecolocalizzazione di navigazione la forma sensoriale-acustica dei pipistrelli.
L'ecolocalizzazione è l'uso di onde sonore ed echi per determinare dove e quanto sono lontani gli oggetti.
La capacità di rilevare ed emettere frequenze ultrasoniche al di sopra della portata dell'udito umano è uno strumento di sopravvivenza essenziale per più di semplici pipistrelli. Gli animali notturni e marini si affidano a sistemi sensibili per navigare e localizzare le prede, mentre alcuni insetti usano l'udito ad ultrasuoni per rilevare i predatori. Questa capacità è importante per molti animali.
Principio degli ultrasuoni
Modulo sensore a ultrasuoni è composto da un trasmettitore e un ricevitore. Qualsiasi suono superiore a 20 kilohertz (20.000 hertz) è considerato ultrasuoni. Per questo motivo, tutti i suoni al di sopra della portata dell'udito umano sono chiamati ultrasuoni. Il trasmettitore emette radiazioni ultrasoniche da 40 kHz e il ricevitore è progettato solo per ricevere onde sonore da 40 kHz. Un sensore del ricevitore vicino al trasmettitore può rilevare onde sonore riflesse quando il modulo incontra un ostacolo davanti a sé.
Ogni volta che ci sono ostacoli davanti al modulo ad ultrasuoni, calcola il tempo necessario per inviare i segnali e la loro ricezione, poiché il tempo e la distanza sono associati alle onde sonore che attraversano l'aria alla velocità di 343,2 m/sec. Dopo aver ricevuto il segnale, i dati vengono visualizzati sul display. così è possibile misurare un'ampia gamma di materiali, tra cui:
- duro o morbido;
- colorato o trasparente;
- piatto o curvo.
Dispositivo e caratteristiche tecniche
Questi strumenti possono determinare l'altezza, la larghezza e il diametro degli oggetti utilizzando uno o più sensori. Gli elementi possono essere selezionati o rifiutati a seconda delle loro dimensioni o profili.
Un sensore di distanza ad ultrasuoni rileva lo spazio di un oggetto misurando il tempo impiegato dal suono per rifletterlo. La frequenza del suono è nell'intervallo degli ultrasuoni, che fornisce una direzione più accurata dell'onda sonora. Ciò è dovuto al fatto che il suono a una frequenza più elevata viene disperso nell'ambiente.
Il dispositivo contiene due diaframmi. Uno di essi produce il suono e l'altro riceve l'eco riflesso. I diaframmi nel dispositivo sono solitamente un altoparlante e un microfono. Il generatore di suoni genera brevi impulsi ultrasonici e avvia un timer. La seconda membrana registra l'arrivo di un impulso sonoro e ferma il timer. Dal tempo ottenuto, puoi calcolare il percorso che il suono ha percorso. La distanza dall'oggetto è la metà della distanza percorsa dall'onda sonora.
Applicazione e vantaggi
I sensori di distanza sono ampiamente utilizzati nella vita di tutti i giorni. Le auto sono dotate di sensori di parcheggio. Oltre a misurare le distanze, possono semplicemente registrare la presenza di un oggetto nel campo di misura, ad esempio nelle aree pericolose delle macchine da lavoro. Tali dispositivi utilizzato in una vasta gamma di settori, ad esempio:
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nella stampa; - durante la conversione;
- nella robotica;
- durante la lavorazione dei materiali;
- nel trasporto, ecc.
I sensori di distanza possono essere utilizzati per monitorare o indicare la posizione di oggetti e materiali. Questi strumenti sono così ampiamente utilizzati che possono essere implementati in modo affidabile in applicazioni di misurazione granularità del materiale, determinazione del livello dell'acqua e molto altro, poiché gli ultrasuoni vengono riflessi da quasi tutti superfici. Le uniche eccezioni sono i materiali morbidi come la lana. La sua superficie assorbe le onde ultrasoniche e non riflette il suono.
I misuratori di distanza ad ultrasuoni sono superiori ai sensori a infrarossi perché non sono influenzati dal fumo e da altri fattori. Sebbene questo sistema non sia completamente perfetto, è una soluzione buona, affidabile ed economica per rilevare distanze e ostacoli.
I gadget si collegano a tutti i tipi comuni di strumenti di automazione e telemetria. Le applicazioni spaziano da semplici connessioni analogiche a complesse reti di dati multisensore.
