Ultrasoon sensor

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
De ultrasoon sensor zend een golf uit die terugkaatst op een materie. Deze terugkaatsing vormt .
Ultrasonic unspection principle of a material Auteur/Author Romary juli/July 2006

Ultrasoonsensoren zijn sensoren die werken met behulp van geluidsgolven op frequenties hoger dan waarneembaar voor het menselijk oor. Dit gaat om golven met een frequentie hoger dan 18 kHz tot 200 kHz. Bij dergelijke sensoren wordt een ultrasone golf verzonden door een transmitter. Door reflectie op een voorwerp of materie krijgen we een reflectie of echo van deze geluidsgolf. Door het tijdsinterval tussen het verzenden en het ontvangen van de geluidsgolf te meten kan men afstanden bepalen. Afhankelijk van de fysieke afstand tussen transmitter en receiver moet men nog een meetkundige bewerking uitvoeren, zoals triangulatie, om de correcte afstand te bekomen. Ook dient men rekening te houden met het medium waarin de ultrasone golf wordt verzonden (lucht, water, etc.). Elke medium heeft een aparte snelheid waarmee de ultrasone golf zich door het medium verplaatst. Bij lucht bedraagt deze 340m/s bij kamertemperatuur. Deze snelheid is alsook afhankelijk van de temperatuur.

Naargelang de nauwkeurigheid van de gebruikte transmitter en receiver kan men een ultrasoon sensor gebruiken in vochtige, stoffige ruimtes. Ook kan bij sommige toestellen een glazen of doorzichtige oppervlakte gedetecteerd worden. Wel neemt de nauwkeurigheid in dergelijke situaties af. Sponsachtige texturen, kleding en rubbers kunnen ernstige problemen geven voor een ultrasoon sensor door het hoge absorptievermogen van dit materiaal.

Methodes[bewerken]

We onderscheiden 3 methodes voor afstandsmetingen met ultrasone sensoren:

  1. Broadband methode: Er worden meerdere frequenties uitgezonden ( binnen een bepaalde bandbreedte) en afhankelijk van de afgelegde tijd van de uitgezonden golven kan men de afstand bepalen.
  2. Narrowband methode: Hierbij zendt men een toon uit op 1 welbepaalde frequentie zodat men aan de hand van faseverschuivingen de afgelegde tijd kan bepalen. Deze methode kan niet rechtstreeks gebruikt worden om afstandsmetingen te doen omdat het aantal volledig doorlopen cycli van de golf onbepaald is. Door deze methode te combineren met de broadband methode kan men wel aan afstandsmeting doen.
  3. Correlatie methode: We zenden een bepaalde pulsgrootte of pulstrein uit , gekend door de receiver. Zodat men aan de hand van de opgetreden vervorming de afstand kan bepalen.

Transmitter[bewerken]

Als transmitter maken we vaak gebruik van het Piëzo-elektrisch effect om onze golven met een bepaalde frequentie op te wekken. We zetten hierbij energie om naar een mechanische trilling. Een oscillator zorgt dan voor de gewenste frequenties.

Receiver[bewerken]

Bij het ontvangen van de golven wordt weer gebruik gemaakt van het Piëzo-elektrisch effect om de ontvangen energie in de vorm van golven terug om te zetten naar een spanning die dan bijvoorbeeld aan de hand van een comparator vergeleken kan worden.

Toepassingen[bewerken]

Ultrasoonsensoren worden gebruikt in allerhande toepassingen, zoals het opmeten van windsnelheden, de (anemometer), robotpositionering, personendetectie, kwaliteitscontroles, afstandsmetingen, vulstandmetingen, controle van ladingsdragers, PING)))-sensoren en medische doeleinden.

Voordelen[bewerken]

  • Ultrasone sensoren zijn onafhankelijk van de kleur en optische reflectie van een object.
  • Geen (kunstmatige) belichting nodig: het werkt ook in het donker.
  • Detectie van (onzichtbare) scheuren en barsten.
  • Eenvoudige en goedkope omvormers (transducenten).
  • De snelheid waarmee we onze golf terug krijgen is linair met de afstand. Dit kunnen we dus ook gebruiken als parameter.

Nadelen[bewerken]

  • Kan niet gebruikt worden in ruimtes met een hoge dichtheid aan voorwerpen. Dit omdat de reflectie in dergelijke ruimtes niet meer correct is.
  • Kan niet gebruikt worden op voorwerpen met een te hoog absorptievermogen ( sponzen, rubber,kleding,...).
  • Zonder temperatuurcompensatie sensor kan een ultrasoon sensor niet gebruikt worden bij zeer lage en hoge temperaturen. Dit omdat de snelheid van de uitgezonden golf afhankelijk is van het gebruikte medium.
  • Ultrasone sensoren zijn ook beïnvloedbaar door luchtvochtigheid, luchtdruk, bepaalde deeltjes in de atmosfeer.
  • Ze hebben een minimale meetafstand.

Referenties[bewerken]

  1. Ultrasonic Acoustic Sensing Brown University, Geraadpleegd op 11 November 2013
  2. Sensor-driven Computing, Cambridge UniversityA. M. R. Ward, Sensor-driven Computing, Augustus 1998, Geraadpleegd op 11 November 2013
  3. Ultrasone sensoren Sick Sensor Intelligence, Geraadpleegd op 11 November 2013
  4. De juiste oplossing voor elke toepassing Microsonic Ultrasone sensoren, Geraadpleegd op 11 November 2013
  5. Anemometers Gill Instruments, Geraadpleegd op 11 November 2013
  6. Ultrasonic Advantages and Disadvantages Rockwell automations, Geraadpleegd op 11 November 2013
  7. An Ultrasonic Sensor for High-Temperature Materials Processing David A. Stubbs,Rollie E. Dutton, An Ultrasonic Sensor for High-Temperature Materials Processing, 1996, Geraadpleegd op 11 November 2013
  8. Ultrasonic Receiver N. Mani, Ultrasonic Receiver, Geraadpleegd op 11 November 2013
  9. The Heady Problem of Foam (in Flumes and Weirs)Maart 2013, The Heady Problem of Foam (in Flumes and Weirs), Geraadpleegd 11 November 2013

Zie ook[bewerken]