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了解超声波传感器工作原理及应用领域

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超声波传感器是如何工作的?

超声波指的是高于人类听力范围(>20 kHz)的信号。其工作原理是超声波传感器是通过送波器将超声波(振荡频率大于20KHz以上的声波)向对象物发送,受波器接收这种反射波,从接收反射波的有无、多少或从发送超声波到接收反射波所需的时间与超声波声速的关系,来检测对象物的有无或传感器与对象物之间的距离。超声波传感器又可分为一下几类:工业超声波传感器通过空气测量,传输频率通常为30 KHz - 500 KHz。随着超声频率的增加,衰减率增大。因此,低频传感器(3080kHz)对长距离更有效,而高频传感器则对短距离更有效。高频传感器(80500 kHz)也可减少振铃衰减,从而拥有更短的最小检测范围。


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用于检测目的的大多数超声波传感器,例如用于无损测试(NDT)的传感器,在更高的频率下传输,通常在1 MHz10 MHz之间。用于医学超声应用的超声传感器也在更高频率下传输,通常在1 MHz20 MHz范围内用于成像目的,低于2 MHz用于治疗目的。

 

工业超声波传感器通过空气在30 KHz ~300 KHz的范围内传输,被用于任何非接触式距离测量的地方。这种类型的超声波传感器(有时称为超声换能器)通过向目标发送超过人类听觉范围(超声波)的声音脉冲,然后测量声音回波返回所需的时间,来测量到目标物体的距离或目标物体的存在。在已知声速的情况下,传感器会确定目标的距离,并相应地设置其输出。如果温度发生变化或波动,一些超声波传感器可以自动应用偏移缩放以进行温度补偿。应用分为三大类:

 

液位

储罐液位  开式和闭式储罐中的液体和固体

水监测  节约、效率和安全管理

水管理 溪流、运河、渠道和池塘的水位

液体流量 测量水槽、堰和渠道中的液体高度,以计算水和洗脱液的体积流量

洪水&海啸警报– 溪流和水体的水位,以警告社区

燃料监控 燃料清点,使用,盗窃

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距离测量 &尺寸

辊径 纸张、薄膜或箔,以确定纸卷张力,卷上的数量

回路控制 当物料从一台机器移动到另一台机器时,测量物料的自由回路,以防止破损

高度&尺寸– 例如盒子容器等物件

定位反馈  可在闭环系统中使用物体定位来保持或控制位置。

 

物体检测或距离检测

物体检测可用于安全、计数、清点或机器人避障。可检测到信息亭的人,或确定此人是否正在接近或离开。可以在整个传感器范围内监控,或在用户定义的距离范围内限定该目标。

用于物体或材料的检测,存在与否、避障等远距离应用。例如:MaxBotix 超声波避障传感器 - MB1043MaxBotix 行人检测超声波传感器 - MB1010MaxBotix 高性能超声波接近传感器 - MB1444

工业超声波传感器大小目标皆可检测,包括液体、固体和颗粒材料。目标的尺寸、形状和方向都会影响它可检测到目标的最大距离,但传感器并不受颜色、反射率、透明度或不透明性等光学特性的影响。

 

如何使用超声波传感器?

想要知道罐内有多少柴油,桥下水位有多高或鸡饲料是否足量以养活小鸡?想要确保农作物的水灌溉是否足量,监控小偷或水流溢出储罐?是否要启动泵以重新填满水槽,或在液位达到某一点时启动发动机,或引发警报?例如美国SENIX 超声波液位传感器 - ToughSonic-30和美国SENIX ToughSonic-50 超声波液位传感器 - TSPC-21S/21SRM/25P等等。超声波传感器甚至可用于这些甚至更多的应用。

 

超声波传感器大小目标皆可检测,包括液体、固体和颗粒材料。它被用于包括发动机驱动和其他电气及电化学控制的电气噪音机械。非接触性超声波传感器在腐蚀性、结垢、涂层或脏污的物料可能负面影响接触式传感器的性能和维护成本的挑战性环境中有着明显优势。非接触式超声波传感器也可用于无法被测量设备接触腐蚀的测量物料。例如:美国SENIX 抗腐蚀液位传感器 - ToughSonic CHEM 10

温度可影响工业超声波传感器,但可使用合适的传感器来进行补偿。湿度变化通常不是一个较大的因素(0.036% / 10% RH变化)。标准大气压力变化或容器内较小的压力变化也不会影响超声波传感器的工作。

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