Ultrasone afstandsmeting en ultrasone sensoren

Als u de afstand tot een object dat zich op enige afstand vóór u bevindt, of tot een groot obstakel op een contactloze manier moet meten, kunt u een ultrasone sensor gebruiken. Apparaten van dit type zijn zeer eenvoudig te gebruiken, ze zijn betrouwbaar en zuinig, terwijl ze geen verbruiksartikelen vereisen.

Het principe van het meten van afstand is hier gebaseerd op de technologie die sommige dieren gebruiken, simpelweg vanwege de specifieke structuur van hun lichaam en de kenmerken van de omgeving. De belangrijkste voorwaarde is dat er lucht tussen u en het object is, waarvan de afstand wordt gemeten.

De ultrasone sensor genereert individuele geluidspulsen van het ultrasone bereik, dat wil zeggen, die niet worden gehoord door een persoon in zijn oor. En aangezien deze pulsen zich door de lucht voortplanten, bewegen ze met de snelheid van het geluid.

Zodra dit geluid de dichtstbijzijnde grens van het tegenoverliggende object bereikt, wordt het ervan gereflecteerd volgens het principe van de weergave van een echo, en vervolgens berekent de sensor, die het gereflecteerde signaal ontvangt, de afstand tot het object waarvan de reflectie plaatsvond. Eerst wordt de tijd geregistreerd die verstrijkt tussen het verzenden van het signaal en het moment waarop het terugkomt, daarna wordt het vermenigvuldigd met de snelheid van het geluid en daarna wordt het gedeeld door twee.

Omdat de afstand tot het object hier wordt bepaald door het tijdstip van voortplanting en terugkeer van de geluidsgolf, is de nauwkeurigheid van de metingen die worden uitgevoerd door de ultrasone sensor onafhankelijk van interferentie.

In principe kan elk object dat geluid reflecteert worden gedetecteerd, ongeacht de kleur en verlichting. Het kan een houten hek of een glazen venster zijn, een stuk roestvrijstalen afwerking of polycarbonaat. Het maakt niet uit of er mist in het pad van de echografie is of dat het membraan van de sensorsensor licht vuil is. Dit heeft geen invloed op de werking van de sensor.

De eerste schetsen over het onderwerp ultrasone afstandsmeting kunnen worden teruggevoerd tot 1790, toen de Italiaanse fysicus Lazzaro Spallanzani ontdekte dat vleermuizen navigeren en manoeuvreren tijdens de vlucht, zelfs in totale duisternis, met gehoor en helemaal niet met visie.

De onderzoeker heeft veel vleermuizen waargenomen, verschillende experimenten gedaan, waardoor hij tot de ondubbelzinnige conclusie is gekomen dat vleermuizen georiënteerd zijn en in volledige duisternis navigeren met behulp van oren en geluid. Spallanzani was dus de eerste die echolocatie bestudeerde, beginnend met observatie van vleermuizen.

Pas in 1930 bevestigde de Amerikaanse zoöloog Donald Griffin, die de sensorische mechanismen van dieren bestudeerde, eindelijk dat vleermuizen zelfs in volledige duisternis bewegen, met behulp van echografie voor navigatiedoeleinden. Het bleek dat de vleermuizen zelf echografie geven om vervolgens zijn weerspiegeling te horen, om te begrijpen waar en op welke afstand op hun pad objecten, obstakels, insecten, enz. Zijn.

De wetenschapper noemde deze sensorisch-akoestische techniek van vleermuisnavigatie-echolocatie. Zoals je je waarschijnlijk nog herinnert van de cursus natuurkunde, wordt echolocatie over het algemeen het technische gebruik van ultrasone golven en de studie van hun reflecties (echo's) genoemd om de locaties en afmetingen van objecten te bepalen.

Trouwens, niet alleen vleermuizen, maar ook veel nachtdieren en zeedieren en insecten gebruiken ultrasone frequenties om persoonlijke veiligheid, jacht en overleving te waarborgen. Geluidsfrequenties die niet hoorbaar zijn voor het menselijk oor zijn zo belangrijk in de natuur.

We keren echter terug naar ultrasone sensoren. De module bestaat uit een ultrasone zender en ontvanger (zoals een vleermuisoor).De zender dient om ultrasone straling met een frequentie van 40 kHz te genereren, en de ontvanger - om ultrasone golven met deze frequentie vast te leggen.

De zender bevindt zich op het bord naast de ontvanger, zodat deze ultrasone golven kan waarnemen die worden uitgezonden door de ontvanger en worden gereflecteerd door het object voor de sensor als er lucht is tussen de sensor en het object van waaruit het wordt gereflecteerd.

Wanneer een obstakel de werkingszone van de ultrasone straal binnenkomt, berekent het circuit de tijd die verstrijkt vanaf het moment dat het ultrasone signaal wordt verzonden tot het terugkomt - naar de ontvanger.

Dit is gemakkelijk te doen, vooral voor elektronica, omdat de snelheid van het geluid in de lucht bekend is, het is 343,2 meter per seconde, daarom vermenigvuldigend de tijd met deze snelheid, krijgen we de lengte van het rechte pad langs het pad van de echografie van de ontvanger naar de plaats van reflectie en terug.

Door in tweeën te delen - we krijgen de afstand tot het reflectieoppervlak, ongeacht of het hard of zacht, kleur of transparant, plat of een soort bizarre vorm is. En verschillende van deze sensoren, geplaatst in de rechte hoeken, zullen de grootte van objecten bepalen.

Structureel heeft de sensor twee membranen, de eerste voor echografie, de tweede voor echo-ontvangst. In wezen is het een luidspreker en een microfoon. Een ultrasone frequentiepulsgenerator is in het circuit geïnstalleerd, die de elektronische timer start op het moment dat de metingen beginnen, en zodra de microfoon het gereflecteerde geluid ontvangt, stopt de timer.

verder microcontroller berekent de afstand die het geluid heeft afgelegd in de getelde tijd. Deze afstand is twee keer de afstand tot het object, omdat de geluidsgolf daar eerst naartoe ging en vervolgens terugging. Het resultaat wordt op het display weergegeven of naar de volgende elektronische eenheid gevoerd.

Ultrasone afstandssensoren worden veel gebruikt in de industriële techniek en in het dagelijks leven: obstakels detecteren in het werkgebied van de machine, zorgen voor autoveiligheid tijdens parkeren, meten van afstanden tijdens bediening van machines en machines, tijdens transportbewegingen.

Ze helpen om de positie van een object, materiaal, waterniveau te bepalen, granulariteit te meten, omdat echografie van bijna elk oppervlak kan worden gereflecteerd als deze oppervlakken geen geluid absorberen (zoals bijvoorbeeld met speciale geluidsisolatie of wol).

Ultrasone sensoren zijn vandaag vooral populair. met controle op Arduino in robotica, enz., simpelweg vanwege het feit dat deze sensoren (zelfs meerdere in één apparaat) eenvoudig kunnen worden gekoppeld aan veel gadgets en, indien gewenst, in elk automatiseringssysteem kunnen worden ingebouwd.

Een voorbeeld van het maken van een eenvoudige ultrasone afstandsmeter thuis: