Ang pagsukat ng distansya ng ultrasonic at mga sensor ng ultrasonic

Kung kailangan mong sukatin ang distansya sa isang bagay na matatagpuan sa ilang distansya sa harap mo, o sa ilang pangunahing balakid sa isang di-contact na paraan, pagkatapos ay maaari mong gamitin ang isang sensor ng ultrasonic. Ang mga aparato ng ganitong uri ay napakadaling magamit, maaasahan sila at matipid, habang hindi sila nangangailangan ng anumang mga consumable.

Ang prinsipyo ng pagsukat ng distansya ay batay dito sa teknolohiya na ginagamit ng ilang mga hayop dahil lamang sa tiyak na istraktura ng kanilang katawan at mga katangian ng kapaligiran. Ang pangunahing kondisyon ay mayroong hangin sa pagitan mo at ng bagay, ang distansya kung saan sinusukat.

Ang ultrasonic sensor ay bumubuo ng mga indibidwal na tunog pulses ng saklaw ng ultrasonic, iyon ay, ang mga hindi naririnig sa isang tao. At dahil ang mga pulses na ito ay kumalat sa hangin, lumipat sila sa bilis ng tunog.

Sa sandaling umabot ang tunog na ito sa pinakamalapit na hangganan ng bagay na kabaligtaran, makikita ito mula sa alinsunod sa prinsipyo ng hitsura ng isang echo, at pagkatapos ay ang sensor, na natatanggap ang nakalarawan na signal, kinakalkula ang distansya sa bagay na kung saan naganap ang repleksyon. Una, ang oras na lumipas sa pagitan ng pagpapadala ng signal at sa sandaling dumating ito pabalik ay naitala, pagkatapos ay pinarami ito ng bilis ng tunog, at pagkatapos nito ay nahahati sa dalawa.

Dahil ang distansya sa bagay ay natutukoy dito sa oras ng pagpapalaganap at pagbabalik ng tunog ng tunog, ang kawastuhan ng mga sukat na isinagawa ng ultrasonic sensor ay independiyenteng pagkagambala.

Sa prinsipyo, ang anumang bagay na sumasalamin sa tunog ay maaaring makita kahit ano ang kulay at pag-iilaw nito. Maaari itong maging isang kahoy na bakod o isang window window, isang piraso ng hindi kinakalawang na asero na trim o polycarbonate. Hindi mahalaga kung mayroong fog sa landas ng ultrasound, o kung ang lamad ng sensor ng sensor ay may magaan na dumi. Hindi ito makakaapekto sa paggana ng sensor.

Ang unang mga sketsa sa paksa ng pagsukat ng distansya ng ultrasonic ay maaaring masubaybayan pabalik sa 1790, nang malaman ng pisikong pisiko na si Lazzaro Spallanzani na ang mga paniki ay nag-navigate at maniobra sa paglipad kahit na sa kabuuang kadiliman, gamit ang pakikinig, at hindi sa lahat ng pangitain.

Ang mga mananaliksik ay gumawa ng maraming mga obserbasyon ng mga paniki, gumawa ng maraming mga eksperimento, salamat sa kung saan siya ay dumating sa hindi patas na konklusyon na ang mga paniki ay nakatuon at mag-navigate sa kumpletong kadiliman gamit ang mga tainga at tunog. Kaya, ang Spallanzani ay ang unang nag-aaral ng echolocation, na nagsisimula sa mga obserbasyon ng mga paniki.

Noong 1930 lamang, ang Amerikanong zoologist na si Donald Griffin, na nag-aaral ng mga mekanismo ng pandama ng mga hayop, sa wakas ay nakumpirma na ang mga paniki ay gumalaw kahit na sa kumpletong kadiliman, gamit ang ultratunog para sa mga layunin sa pag-navigate. Ito ay naka-pack na ang kanilang mga sarili ay nagbibigay ng ultratunog upang marinig ang pagmuni-muni nito, upang maunawaan kung saan at kung anong distansya sa kanilang landas ang mga bagay, mga hadlang, insekto, atbp.

Tinawag ng siyentipiko ang ganitong sensory-acoustic technique ng bats navigation echolocation. Tulad ng natatandaan mo mula sa kurso ng pisika ng paaralan, ang echolocation ay karaniwang tinatawag na teknikal na paggamit ng mga ultrasonic wave at ang pag-aaral ng kanilang mga pagmuni-muni (echoes) upang matukoy ang mga lokasyon at sukat ng mga bagay.

Sa pamamagitan ng paraan, hindi lamang mga paniki, kundi pati na rin ang maraming mga nocturnal at mga hayop sa dagat at mga insekto na gumagamit ng mga ultrasonic frequency upang matiyak ang personal na kaligtasan, pangangaso at kaligtasan ng buhay. Ang mga frequency ng tunog na hindi naririnig sa tainga ng tao ay napakahalaga sa kalikasan.

Gayunpaman, bumalik kami sa mga sensor ng ultrasonic. Ang module ay binubuo ng isang ultrasonic transmiter at tagatanggap (tulad ng tainga ng bat).Naghahain ang transmiter upang makabuo ng ultrasound radiation na may dalas ng 40 kHz, at ang tatanggap - upang makuha ang ultratunog sa dalas na ito.

Ang transmiter ay matatagpuan sa board na katabi ng tagatanggap, upang maipakita ang mga ultrasonic na alon na pinalabas ng tagatanggap at sumasalamin mula sa bagay sa harap ng sensor kung may hangin sa pagitan ng sensor at bagay mula sa kung saan ito ay makikita.

Kapag ang anumang balakid ay pumapasok sa zone ng pagkilos ng ultrasonic beam, kinakalkula ng circuit ang oras na lumilipas mula sa sandaling ang signal signal ay ipinadala hanggang sa ito ay bumalik - sa tagatanggap.

Madaling gawin ito, lalo na para sa mga electronics, dahil ang bilis ng tunog sa hangin ay kilala, 343.2 metro bawat segundo, samakatuwid, pinararami ang oras sa pamamagitan ng bilis na ito, nakuha namin ang haba ng tuwid na landas kasama ang landas ng ultrasound mula sa tagatanggap patungo sa lugar ng pagmuni-muni at likod.

Paghahati sa dalawa - nakukuha namin ang distansya sa ibabaw ng salamin, anuman ang mahirap o malambot, kulay o transparent, flat o ilang uri ng kakaibang hugis. At ang ilan sa mga sensor na ito, na matatagpuan sa tamang mga anggulo, ay matukoy ang laki ng mga bagay.

Sa istruktura, ang sensor ay may dalawang lamad, ang una para sa ultrasound radiation, ang pangalawa para sa pagtanggap ng echo. Sa kakanyahan, ito ay isang tagapagsalita at isang mikropono. Ang isang generator ng dalas ng pulso ng dalas ay naka-install sa circuit, na nagsisimula ang elektronikong timer sa sandaling nagsisimula ang mga pagsukat, at sa sandaling natanggap ng mikropono ang tunog na sumasalamin, huminto ang timer.

Susunod microcontroller kinakalkula ang distansya na ang tunog ay naglakbay sa bilang na oras. Ang distansya na ito ay dalawang beses ang distansya sa bagay, dahil ang tunog ng alon ay unang nagpunta doon at pagkatapos ay bumalik. Ang resulta ay ipinapakita sa display o pinakain sa susunod na electronic unit.

Ang mga sensor ng distansya ng ultrasonic ay malawakang ginagamit sa pang-industriya na engineering at sa pang-araw-araw na buhay: nakita ang mga hadlang sa lugar ng operating ng makina, tinitiyak ang kaligtasan ng kotse sa panahon ng paradahan, pagsukat ng mga distansya sa panahon ng pagpapatakbo ng mga makina at makina, sa panahon ng paggalaw ng conveyor.

Tumutulong sila upang matukoy ang posisyon ng isang bagay, materyal, antas ng tubig, sukatin ang butil ng butil, dahil ang ultratunog ay maaaring maipakita mula sa halos anumang ibabaw kung ang mga ibabaw na ito ay hindi sumisipsip ng tunog (tulad ng ginagawa sa halimbawa ng espesyal na tunog pagkakabukod o lana).

Lalo na sikat ang mga sensor ng ultrasound ngayon. na may kontrol sa arduino sa mga robotics, atbp, dahil lamang sa katotohanan na ang mga sensor na ito (kahit na ilan sa isang aparato) ay madaling naka-interface sa maraming mga gadget at, kung nais, ay maaaring maitayo sa anumang sistema ng automation.

Isang halimbawa ng paglikha ng isang simpleng ultrasonic rangefinder sa bahay: