Branchenwissen | Die Geschichte der Ultraschallsensoren beginnt mit einer Batterie ...
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- 2024/5/29
Zusammenfassung
Ultraschallsensoren und Näherungsschalter sind Geräte, die Schallwellen zur Entfernungsmessung verwenden. Sie können hochfrequenten Ultraschall aussenden und reflektierte Schallwellen empfangen, um die Position und Entfernung von Objekten zu bestimmen. Diese Art von Sensor wird in verschiedenen Bereichen häufig eingesetzt, beispielsweise als Rückfahrradar für Kraftfahrzeuge, in industriellen Messungen, zur Kontrolle des Flüssigkeitsstands usw.
Bereits im 18. Jahrhundert entdeckte der italienische Missionar und Biologe Spallanzani bei der Untersuchung der nächtlichen Aktivitäten von Fledermäusen, dass sich Fledermäuse auf einen Schrei (Ultraschall) verlassen, den Menschen nicht hören können, um Hindernisse zu orten. Nachdem Fledermäuse Ultraschallwellen ausgesendet haben, verlassen sie sich auf die zurückkommenden Echos, um die Entfernung, Größe, Form und Bewegung von Objekten zu bestimmen.
Vom späten 19. bis zum frühen 20. Jahrhundert, nach der Entdeckung des piezoelektrischen Effekts und des inversen piezoelektrischen Effekts in der Physik, fanden die Menschen einen Weg, mithilfe von Elektronik Ultraschall zu erzeugen, was schnell das Kapitel der Entwicklung und Förderung der Ultraschalltechnologie aufschlug. 1922 wurde erstmals die Definition von Ultraschall vorgeschlagen und Ultraschall wurde zu einem brandneuen Konzept. Deutschland hatte auch das erste Erfindungspatent für die Ultraschalltherapie.
Seit seiner Entdeckung wurde Ultraschall in verschiedenen Branchen weit verbreitet eingesetzt. Seit dem 20. Jahrhundert werden Ultraschallsensoren in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt und sind zu einer wichtigen Kategorie industrieller Sensoren geworden. In dieser Ausgabe wird kurz erläutert, was Ultraschallsensoren sind und wie sie in der industriellen Produktion eingesetzt werden.
Was ist ein Ultraschallsensor?
Ultraschallsensoren sind Sensoren, die Ultraschallsignale in andere Energiesignale (normalerweise elektrische Signale) umwandeln. Ultraschallwellen sind mechanische Wellen mit einer Schwingungsfrequenz von über 20 kHz. Sie zeichnen sich durch hohe Frequenz, kurze Wellenlänge, geringe Beugungsphänomene, besonders gute Richtwirkung und die Fähigkeit aus, sich gerichtet wie Strahlen auszubreiten. Ultraschallwellen haben eine große Durchdringungskraft für Flüssigkeiten und Feststoffe, insbesondere für Feststoffe, die für Sonnenlicht undurchsichtig sind. Wenn Ultraschallwellen auf Verunreinigungen oder Schnittstellen treffen, erzeugen sie erhebliche Reflexionen und bilden reflektierte Echos, und wenn sie auf bewegte Objekte treffen, können sie den Dopplereffekt erzeugen. Sie werden häufig in der Industrie, der Landesverteidigung, der Biomedizin usw. eingesetzt.
Funktionsprinzip des Ultraschallsensors
Die grundlegende Funktionsweise eines Ultraschallsensors ähnelt der Echoortung, mit der Fledermäuse Insekten im Flug orten. Der Sender sendet kurze, hochfrequente Schallwellen, sogenannte „Chirs“, mit einer Frequenz zwischen 23 kHz und 40 kHz aus. Wenn dieser Schallimpuls auf ein Objekt trifft, werden einige der Schallwellen zum Empfänger zurückreflektiert. Durch Messen des Zeitintervalls zwischen dem Senden und Empfangen des Ultraschallsignals durch den Sensor kann die Entfernung zum Objekt mithilfe der folgenden Formel berechnet werden.
d = 0,5 * t * c
Wo:
d = Entfernung (Meter)
t = Zeitintervall zwischen Senden und Empfangen (Sekunden).
c = Schallgeschwindigkeit (343 Meter pro Sekunde).
Der einfachste Ultraschallsensor ist so konfiguriert, dass Sender und Empfänger nebeneinander angeordnet sind. Diese Anordnung maximiert die Schallmenge, die sich in einer geraden Linie vom Sender aus bewegt und in einer geraden Linie zum Empfänger reflektiert wird, wodurch Messfehler reduziert werden.
Typische Anwendungen von Ultraschallsensoren
1. Flüssigkeitsstanderkennung
Die häufigste Anwendung von Ultraschallsensoren ist die Messung des Flüssigkeitsstands, da sie Flüssigkeiten jeder beliebigen Tönung und Opazität erkennen können. Zudem kommt die Flüssigkeit bei der berührungslosen Erkennungsmethode nicht in Kontakt, sodass bei der Erkennung flüchtiger Substanzen keine Sicherheitsprobleme auftreten.
2. Einzel- und Doppelbogenerkennung
Der Ultraschallsensor zur Erkennung von Einzel- und Doppelblättern wird hauptsächlich zur Erkennung von Einzelblättern verwendet, die durch das zu prüfende Objekt laufen, sowie zur Alarmfunktion für Doppel- und Mehrfachblätter. Er ist nicht durch Vibration, Material und Farbe des zu prüfenden Objekts eingeschränkt. Er wird häufig in Papierdruckmaschinen, Montagemaschinen, Faltmaschinen, Verpackungsmaschinen, Solarzellen, Siliziumwaferherstellung, Etikettierung, Leiterplattenherstellung usw. verwendet.
3. Allgemeine Objekterkennung
Die andere ist die allgemeine Objekterkennung, die die Vorteile eines hohen Kosten-Nutzen-Verhältnisses und einer einfachen Handhabung bietet. Sie wird häufig zur Kollisionsvermeidung bei Fahrzeugen, zur Personenidentifikation, Anwesenheitserkennung, Kartonsortierung, Palettenerkennung bei Gabelstaplern, Flaschenzählung an Getränkeabfüllmaschinen und Objektzählung an Produktionslinien eingesetzt.
