Ultrasonik mesafe ölçümü ve ultrasonik sensörler

Önünüzde belirli bir mesafede bulunan bir nesneye veya temassız bir şekilde bazı büyük engellere olan mesafeyi ölçmeniz gerekiyorsa, bir ultrasonik sensör kullanabilirsiniz. Bu tür cihazların kullanımı çok kolaydır, güvenilir ve ekonomiktir, ancak herhangi bir sarf malzemesi gerektirmezler.

Mesafeyi ölçme prensibi burada, bazı hayvanların sadece vücutlarının spesifik yapısı ve çevrenin özellikleri nedeniyle kullandığı teknolojiye dayanmaktadır. Ana koşul, sizinle nesnenin arasında, ölçülen mesafenin hava olmasıdır.

Ultrasonik sensör, ultrasonik aralıkta, yani kulağındaki bir kişi tarafından duyulmayan bireysel ses darbeleri üretir. Ve bu darbeler havada yayıldığı için ses hızında hareket ederler.

Bu ses, karşıt nesnenin en yakın sınırına ulaşır ulaşmaz, bir yankı görünümü ilkesine göre yansıtılır ve daha sonra yansıyan sinyali alan sensör, yansımanın meydana geldiği nesneye olan mesafeyi hesaplar. İlk olarak, sinyalin gönderilmesi ile geri geldiği an arasında geçen süre kaydedilir, daha sonra sesin hızı ile çarpılır ve bundan sonra ikiye bölünür.

Nesneye olan mesafe, burada ses dalgasının yayılma ve geri dönüş zamanına göre belirlendiğinden, ultrasonik sensör tarafından gerçekleştirilen ölçümlerin doğruluğu parazitten bağımsızdır.

Prensip olarak, sesi yansıtan herhangi bir nesne, rengi ve aydınlatmasından bağımsız olarak tespit edilebilir. Ahşap bir çit veya cam pencere, bir parça paslanmaz çelik döşeme veya polikarbonat olabilir. Ultrason yolunda sis olup olmadığı veya sensör sensörünün membranında hafif kir olup olmadığı önemli değildir. Bu, sensörün çalışmasını etkilemez.

Ultrasonik mesafe ölçümü konusundaki ilk eskizler, İtalyan fizikçi Lazzaro Spallanzani, uçuş sırasında tüm karanlıkta bile, işitme kullanarak ve işitme kullanarak yarasaların hareket ettiğini ve manevra yaptığını öğrendiğinde 1790'a kadar izlenebilir.

Araştırmacı yarasaların birçok gözlemini yaptı, çeşitli deneyler yaptı, bu sayede yarasaların kulakları ve sesi kullanarak yönlendirildiği ve tam karanlıkta gittiği kesin bir sonuca vardı. Bu nedenle, yarasaların gözlemlenmesinden başlayarak ekolojik yerleşimi inceleyen ilk Spallanzani oldu.

Sadece 1930'da, hayvanların duyusal mekanizmalarını inceleyen Amerikalı zoolog Donald Griffin, nihayetinde yarasaların navigasyon amaçlı ultrason kullanarak tam karanlıkta bile hareket ettiğini doğruladı. Yarasaların kendilerinin, yollarındaki nesnelerin, engellerin, böceklerin vb. Nerede ve hangi mesafede olduğunu anlamak için yansımasını duymak için ultrason sağladıkları ortaya çıktı.

Bilim adamı bu duyusal-akustik yarasa navigasyon ekolokasyon tekniğini çağırdı. Muhtemelen okul fiziği dersinden hatırlayacağınız gibi, ekolojik yerleştirmeye genellikle nesnelerin yerlerini ve boyutlarını belirlemek için ultrasonik dalgaların teknik kullanımı ve yansımalarının (ekolar) incelenmesi denir.

Bu arada, sadece yarasalar değil, aynı zamanda birçok gece ve deniz hayvanları ve böcekler, kişisel güvenlik, avcılık ve hayatta kalma sağlamak için ultrasonik frekanslar kullanır. İnsan kulağına duyulmayan ses frekansları doğada çok önemlidir.

Ancak ultrasonik sensörlere dönüyoruz. Modül bir ultrasonik verici ve alıcıdan (yarasa kulağı gibi) oluşur.Verici, 40 kHz frekanslı ultrason radyasyonu ve alıcı - bu frekansta ultrason yakalamak için kullanılır.

Verici, tahtanın üzerinde alıcının yanında bulunur, böylece alıcı tarafından yayılan ve sensör ile yansıtıldığı nesne arasında hava varsa sensörün önündeki nesneden yansıyan ultrasonik dalgaları algılayabilir.

Herhangi bir engel ultrasonik kirişin etki alanına girdiğinde, devre ultrason sinyalinin gönderildiği andan alıcıya geri gelene kadar geçen süreyi hesaplar.

Bu, özellikle elektronikler için kolaydır, çünkü havadaki ses hızı bilinir, saniyede 343.2 metredir, bu nedenle, zamanı bu hızla çarparak, ultrasonun alıcı yolundan yansıma ve geri dönüş yoluna kadar düz yolun uzunluğunu elde ederiz.

İkiye bölünerek - sert veya yumuşak, renkli veya şeffaf, düz veya bir tür tuhaf şekilden bağımsız olarak yansıma yüzeyine mesafe alırız. Ve dik açılarda bulunan bu sensörlerden birkaçı, nesnelerin boyutunu belirleyecektir.

Yapısal olarak, sensörün birincisi ultrason radyasyonu, ikincisi yankı alımı için iki zarı vardır. Özünde, bir hoparlör ve bir mikrofon. Devreye, ölçümler başladığı anda elektronik zamanlayıcıyı başlatan ve mikrofon yansıtılan sesi alır almaz, bir ultrasonik frekans darbe jeneratörü monte edilir.

ayrıca mikrodenetleyici Sayılan sürede sesin kat ettiği mesafeyi hesaplar. Bu mesafe nesneye olan mesafenin iki katı olacaktır, çünkü ses dalgası ilk önce oraya geri döndü. Sonuç ekranda gösterilir veya bir sonraki elektronik üniteye beslenir.

Ultrasonik mesafe sensörleri endüstri mühendisliğinde ve günlük yaşamda yaygın olarak kullanılır: makinenin çalışma alanındaki engelleri tespit ederek, park sırasında araba güvenliğini sağlar, konveyör hareketleri sırasında makinelerin ve makinelerin çalışması sırasında mesafeleri ölçer.

Bir nesnenin, malzemenin, su seviyesinin, grenlilik ölçüsünün konumunu belirlemeye yardımcı olurlar, çünkü bu yüzeyler sesi emmezse (örneğin özel ses yalıtımı veya yünle yapıldığı gibi) ultrason hemen hemen her yüzeyden yansıtılabilir.

Ultrasonik sensörler bugün özellikle popülerdir. arduino üzerinde kontrol ile robotik vb.

Evde basit bir ultrasonik telemetre oluşturmaya bir örnek: