随着全球范围内工业自动化水(shuǐ)平的提高,各种复杂的应用也越来越多,这对传感(gǎn)器(qì)的功能也提出了越来越多、越来越高的要求。在这种背(bèi)景下,不同类型(xíng)、不(bú)同原理的传感器也应运而生,MARPOSS超声(shēng)波传感器就是其(qí)中(zhōng)一种。
首先要解(jiě)释的(de)是什么是超声(shēng)波:我们(men)都知道声音是由振(zhèn)动产生的,它是一(yī)种波,其(qí)在空气或其他介质中是以震动的方式向其他方向传播的,我们平时听(tīng)到的声音就是频率在(zài)20Hz到20kHz之(zhī)间的声波(bō),超过20kHz的声波人耳朵是识别不到(dào)的。所以我们把(bǎ)振(zhèn)动频率高(gāo)于20kHz的声波(bō)称之为超声波。它具(jù)有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够定向传播等特点(diǎn),超(chāo)声波碰(pèng)到(dào)杂质或分界面(miàn)会产生显著反(fǎn)射形成反射成回波的(de)特点(diǎn)。MARPOSS超声波传(chuán)感器(qì)是将超声波信号转换成其他能量信号(通常(cháng)是(shì)电(diàn)信号)的传感器。
从原理上来讲MARPOSS超声波传感器可以分为超声波测传感器、超声波接近传感器、反(fǎn)射板式MARPOSS超(chāo)声波传感器、对射式MARPOSS超声波传感器(qì)四类。这四类产品中,反射(shè)板式超声波、对射式超声波与光电传感(gǎn)器中的镜(jìng)反射和对射式光电原理一样,非常简单,无(wú)需多做介绍。
超声(shēng)波测距(jù)传感器、超(chāo)声波接近传感器这两种最(zuì)典型、使用的也最多,其工作(zuò)原理相同,只是输出一(yī)个是开关量(liàng)一个是模(mó)拟量,原理如下:
MARPOSS超声波传(chuán)感器(qì)工作分为两个步骤:
超声波传感器换能器头——最重要的部分
发射模式:
1.在(zài)电子振荡器的作用下传感器(qì)产生一批声波/脉冲,然后这些声波被发送到(dào)周围空气 。
2.声(shēng)波从传感器传送到目标物。
3.传感器转(zhuǎn)换成(chéng)接受模式。
接收模式:
1.部分被物(wù)体反射的回声返回到传感器中去 。
2.传感器的微处理器计算发射接收所用的时间t。(如(rú)果声速在介质中传播速度为v,传感器距离目标物的距(jù)离则为:S=v*t/2)
3.微(wēi)处理器驱动一个显示距离或开关量(liàng)的(de)输出信号.
这(zhè)样的话(huà)就完成了一个完整的工作过程(chéng),原理也是非常(cháng)简(jiǎn)单。
接下来就是应用的问题了,MARPOSS超声波传感器与光电传感(gǎn)器虽然在某些应用的时(shí)候可以互相替代,但大部分时候它们其实是互补型的关系。
MARPOSS超声波传感器相(xiàng)对于光电传感器的优势:
可以绕过(guò)细小的障碍物(比如粉尘,这种环境中光电是完全不可以的)。
可(kě)以测量液体位置。(如用于液位(wèi)监(jiān)测)
可以测量透明物体。(比如玻璃的有无或者位移信(xìn)息)
不受物(wù)体表面颜色(sè)的影(yǐng)响。(极(jí)暗或极亮的物体表面)
MARPOSS超声波传(chuán)感器可以用于油污环境(jìng)中。(即使有油污(wū)溅到感应面(miàn)上传感器仍可以正(zhèng)常工作,但如果油污溅到光电传感(gǎn)器的(de)发射接收面上,光电(diàn)就不能工作(zuò)了)
当然,MARPOSS超(chāo)声波传感器也不是万能的,有些因(yīn)素会对超声波的使用产生很(hěn)大的影响(xiǎng)。因为MARPOSS超声波传感(gǎn)器判断距离的根本原理是利用声波在空气中(zhōng)传播的速度(dù)及时间来判(pàn)断的,而声波在空气中传播的速度受到以下因素影响比较大:
温度——温(wēn)度过(guò)高或过低都会使测量结果出现(xiàn)很大偏差(chà)。(比如(rú)测量热金(jīn)属时)
压力(lì)——当声波所处环境中压强与大(dà)气压(yā)不同时,结果影响(xiǎng)也(yě)很大。(比如在(zài)压(yā)力(lì)容器中测量液(yè)位或(huò)物位时(shí))
空气流动——当空气流动(dòng)较强时,有些(xiē)声波会被“吹走”( 比如我们处于上风口和下风口两种不同位置听人讲(jiǎng)话时感(gǎn)觉清(qīng)晰度(dù)明显不同)
超声(shēng)波工作时发射出的其(qí)实是一个声波(bō)的波面,(从立体角度上来说是一个锥体,所以(yǐ)不能测量细小的(de)物体。(这个时候(hòu)只能求助于光斑较小(xiǎo)的激光传感器了)
还要注意的一点是:因为MARPOSS超声波传(chuán)感(gǎn)器受到的影响因素比较多,所以其精度普遍不高,如果对(duì)测量精度(dù)要求非(fēi)常高的场合,就不用考虑超声波了。