Comprendre le fonctionnement des capteurs à ultrasons

Lecture de 9 minutes

La détection par ultrasons est l’une des meilleures façons de détecter la proximité et les niveaux avec une grande fiabilité.

Notre soutien technique reçoit constamment des courriels sur le fonctionnement de nos capteurs et sur les environnements dans lesquels nos capteurs fonctionnent (ou ne fonctionnent pas).

Ce guide a été créé comme une introduction à la détection par ultrasons, à ses principes et à la façon dont les capteurs à ultrasons fonctionnent dans vos applications.

À un niveau supérieur, vous devez savoir ce qu’est un capteur à ultrasons…

Qu’est-ce qu’un capteur à ultrasons ?

Un capteur à ultrasons est un instrument qui mesure la distance d’un objet à l’aide d’ondes sonores ultrasonores.

Un capteur à ultrasons utilise un transducteur pour envoyer et recevoir des impulsions ultrasonores qui retransmettent des informations sur la proximité d’un objet.

Les ondes sonores à haute fréquence se réfléchissent sur les frontières pour produire des motifs d’écho distincts.

Comment fonctionnent les capteurs à ultrasons.

Les capteurs à ultrasons fonctionnent en envoyant une onde sonore à une fréquence supérieure à la gamme de l’audition humaine. Le transducteur du capteur agit comme un microphone pour recevoir et envoyer le son ultrasonique. Nos capteurs à ultrasons, comme beaucoup d’autres, utilisent un seul transducteur pour envoyer une impulsion et recevoir l’écho. Le capteur détermine la distance d’une cible en mesurant les laps de temps entre l’envoi et la réception de l’impulsion ultrasonique.

Le principe de fonctionnement de ce module est simple. Il envoie une impulsion ultrasonique à 40kHz qui se déplace dans l’air et s’il y a un obstacle ou un objet, elle rebondit vers le capteur. En calculant le temps de parcours et la vitesse du son, la distance peut être calculée.

Les capteurs à ultrasons sont une excellente solution pour la détection d’objets clairs. Pour la mesure du niveau de liquide, les applications qui utilisent des capteurs infrarouges, par exemple, ont du mal avec ce cas d’utilisation particulier en raison de la translucidité de la cible.

Pour la détection de présence, les capteurs à ultrasons détectent les objets indépendamment de la couleur, de la surface ou du matériau (à moins que le matériau soit très doux comme la laine, car il absorberait le son.)

Pour détecter les objets transparents et autres où les technologies optiques peuvent échouer, les capteurs à ultrasons sont un choix fiable.

Utilisation de plusieurs capteurs & Éviter les perturbations

Lorsque vous utilisez plusieurs capteurs dans une application, il est important de les connecter d’une manière qui vous permettra d’éviter les problèmes tels que la diaphonie ou toute autre interférence.

Pour éviter la perturbation des signaux ultrasoniques provenant de votre capteur, il est important de garder la face du transducteur ultrasonique libre de toute obstruction.

Les obstructions courantes comprennent :

• La saleté
• La neige
• Glace
• Autre condensation

Pour ce cas d’utilisation particulier, nous proposons nos capteurs autonettoyants.

Ils sont destinés spécifiquement aux applications nécessitant la résistance à la condensation dans des environnements à forte humidité, notre fonction d’auto-nettoyage est conçue pour fonctionner en continu afin que la fonction d’auto-nettoyage soit active.

Note : la fonction d’auto-nettoyage n’est pas destinée à nettoyer la saleté de la surface du transducteur. Son intention est de débarrasser la face du transducteur de l’humidité pour qu’il fonctionne normalement.

Comment sont utilisés les capteurs à ultrasons ?

Nos capteurs de distance, de niveau et de proximité à ultrasons sont couramment utilisés avec des plateformes de microcontrôleurs comme Raspberry Pi, ARM, PIC, Arduino, Beagle Board, etc.

Les capteurs à ultrasons transmettent des ondes sonores vers une cible et détermineront sa distance en mesurant le temps que les ondes réfléchies ont mis à revenir vers le récepteur.

Ce capteur est un dispositif électronique qui mesurera la distance d’une cible en transmettant des ondes sonores ultrasoniques, puis convertira le son réfléchi en un signal électrique.

Nos capteurs sont souvent utilisés comme capteurs de proximité.

Les capteurs ultrasoniques sont également utilisés dans les systèmes d’évitement d’obstacles, ainsi que dans la fabrication.

Nos capteurs ShortRange offrent la possibilité d’une détection à plus courte portée, lorsque vous pouvez avoir besoin d’un capteur qui porte des objets aussi proches que 2 cm. Ils sont également construits en tenant compte des exigences de très faible puissance, ainsi que des environnements où la réjection du bruit est nécessaire.

Note : Il est possible que de petits grains ou particules dévient les impulsions ultrasoniques loin du capteur en raison de la variation de la surface ou de l’angle.

Dans ces environnements, la cible peut absorber le son ou dévier l’énergie sonore loin du capteur en raison de l’angle de repos, de la variation de surface, ou des deux.

Nous proposons une note d’application sur la détention des grains ici :

Quand ne pas utiliser un capteur à ultrasons

Dans certains cas, l’objet cible est si petit que le signal ultrasonore réfléchi est insuffisant pour être détecté, et la distance ne peut pas être mesurée correctement.

Utilisation de votre capteur à ultrasons dans votre projet

1. RACCORDEMENT DU CONTRÔLEUR

Nous avons utilisé un Arduino dans cet exemple, mais vous pouvez utiliser un autre contrôleur et le programme de votre choix.

2. INSTALLER LE LOGICIEL

Installer le logiciel de codage Arduino Sketch sur votre PC. C’est là que vous tapez le code que vous voulez compiler et envoyer à la carte Arduino.

3. METTRE EN PLACE VOTRE CAPTEUR AVEC ARDUINO

Plongez votre Arduino dans le câble USB et dans votre ordinateur. Une fois que vous avez téléchargé Arduino, vous pouvez alors compiler et activer le code.

4. COMPILER ET EXECUTER LE CODE

Le code ci-dessous vous permettra de lire la distance en centimètres. Compilez et exécutez ce code pour obtenir des mesures de distance en temps réel par rapport à l’objet le plus proche. (Veuillez noter : ce code n’est pas uniquement pour Arduino et fonctionnera sur la plupart des contrôleurs)

Pourquoi utiliser un capteur à ultrasons ?

Les ultrasons sont fiables dans n’importe quel environnement lumineux et peuvent être utilisés à l’intérieur ou à l’extérieur. Les capteurs à ultrasons peuvent gérer l’évitement des collisions pour un robot, et être déplacés souvent, tant que ce n’est pas trop rapide.

Les ultrasons sont si largement utilisés qu’ils peuvent être mis en œuvre de manière fiable dans des applications de détection de silos à grains, de détection de niveau d’eau, d’applications de drones et de détection de voitures dans votre restaurant ou banque locale avec service au volant.

Les télémètres à ultrasons sont couramment utilisés comme dispositifs pour détecter une collision.

Les capteurs ultrasoniques sont mieux utilisés dans la détection sans contact de :

• Présence
• Niveau
• Position
• Distance

Les capteurs sans […]contact sont également appelés capteurs de proximité.

Les ultrasons sont indépendants de :

• La lumière
• La fumée
• La poussière

.

• Color
• Matériau (sauf pour les surfaces souples, i.c’est-à-dire la laine, car la surface absorbe l’onde sonore ultrasonique et ne réfléchit pas le son.)

Détection à longue distance de cibles aux propriétés de surface variées.

Les capteurs à ultrasons sont supérieurs aux capteurs infrarouges car ils ne sont pas affectés par la fumée ou les matériaux noirs, cependant, les matériaux mous qui ne réfléchissent pas très bien les ondes sonar (ultrasons) peuvent poser des problèmes. Ce n’est pas un système parfait, mais il est bon et fiable.

Applications impliquant la détection par ultrasons:

Mesure de distance par ultrasons

La mesure de distance est basée sur la mesure du temps de vol. Le temps entre l’envoi et la réception du signal sonore réfléchi est calculé par le capteur. Les capteurs de distance à ultrasons, comme le MB7360 HRXL-MaxSonar-WR, sont utilisés comme moniteurs de hauteur, dans les applications de mesure du niveau des bacs et de détection des zones de proximité.

• • • Ex. La mesure de distance serait appliquée dans une application de stationnement de garage, détectant le moment où un véhicule est tiré complètement dans un garage.
    • Le MB7360 a été utilisé comme capteur de niveau de bac pour détecter la présence ou l’absence de grains et d’autres matériaux dans les bacs.

  Détection de personnes avec des capteurs à ultrasons

  Les applications populaires sur lesquelles nous avons travaillé ont consisté à utiliser nos capteurs dans des kiosques pour détecter la présence d’une personne qui s’approche et à détecter la présence de personnes dans un environnement, comme une installation artistique.

  Un cas d’utilisation détaillé est cette installation d’art interactive couverte en détail sur Makezine.com.

  Nous avons écrit un article qui couvre les principales questions et préoccupations concernant l’utilisation de nos capteurs dans ces types de solutions.

  Lisez notre article, Capteurs pour kiosques & Détection de personnes, pour en savoir plus :

  • Pourquoi les personnes sont traditionnellement une cible difficile pour un capteur à ultrasons
  • Les types de cibles idéales
  • Les avantages. d’un capteur de proximité à ultrasons

  Notre objectif est de vous aider à trouver un capteur qui soit juste assez sensible pour votre projet mais qui évite les problèmes potentiels tels que la captation d’interférences d’une source de bruit extérieure.

  Regardez la vidéo suivante : nuMedia Innovations a développé une solution pour un magasin Microsoft à Seattle WA afin de détecter la présence humaine sur un présentoir de magasin.

  Capteurs populaires pour mesurer la distance

  Capteur de détection de voiture MB8450

  Les caractéristiques du MB8450 résistant aux intempéries, Car Detection Sensor, incluent une résolution centimétrique, une détection de courte à longue distance, des informations de portée de 500mm à 5000mm pour la cible détectable la plus proche, un taux de lecture de ~4Hz et une interface USB facile à utiliser.

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  MB7560 SCXL-MaxSonar-WR

  Caractéristiques du MB7560 résistant aux intempéries, SCXL-MaxSonar-WR, incluent la réduction de l’impact de la condensation et du gel en cas de fonctionnement continu dans des environnements fermés ou à forte teneur en humidité, une résolution millimétrique, une détection de courte à longue distance, des informations sur la portée de 300 mm à 5000 mm pour la cible détectable la plus proche, une fréquence de lecture de 0.6Hz de lecture, et diverses options de sortie : largeur d’impulsion, tension analogique et série RS232.

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  Capteurs de niveau à ultrasons

  • • • Mesure du niveau des réservoirs, Jaugeage du carburant, contrôle de l’irrigation.
      • Ce projet de capteur de niveau d’eau à faible puissance, du développeur Hackster.io Amedee, utilise un capteur résistant aux intempéries de notre ligne WR. En combinaison avec un nœud LoraWan et le réseau open source The Things IoT, ce projet a été développé pour mesurer le niveau d’eau dans un réservoir d’eau de pluie. Bien qu’il puisse être utilisé dans de nombreuses applications.

  Vous pouvez lire cet article Comment choisir un capteur de niveau de réservoir à ultrasons qui détaille les étapes à suivre pour choisir le bon capteur pour votre application de détection de niveau.

  Nous abordons :

  • Les facteurs importants à prendre en compte lors du montage de votre capteur
  • Comment gérer l’utilisation du capteur dans un environnement avec des produits chimiques agressifs
  • Quelles lignes de capteurs fonctionnent le mieux pour les environnements où le gel sur le capteur pourrait être un problème

  Utilisation du capteur dans des environnements difficiles

  Si vous utilisez le capteur dans un environnement difficile, nous suggérons la protection supplémentaire afin que vous puissiez utiliser avec succès le capteur dans votre projet.

  Comme un bref guide pour vous informer de la compatibilité de nos capteurs dans quelques environnements, nous avons créé le tableau de compatibilité chimique.

  Quelques-unes des requêtes chimiques et environnementales les plus populaires sont couvertes ici.

  Commander un capteur entièrement scellé

  Lorsque vous utilisez un capteur de notre ligne WR, le brochage du capteur est laissé exposé, ce qui vous permet de fixer des fils et des équipements au capteur.

  La raison pour laquelle nous le laissons ouvert est que cela vous offre plus de flexibilité dans la façon dont vous choisissez de vous connecter aux capteurs.

  Dans certaines applications, cela peut laisser le capteur exposé aux intempéries.

  Si votre montage nécessite que vous protégiez l’arrière du capteur contre les dommages, vous devez sceller le brochage du capteur.

  Pour cela, nous proposons notre option de fixation par fil comme solution…

  L’option de fixation par fil couvrira entièrement le brochage du capteur en ajoutant un petit bouchon rempli d’un mélange époxy et un câble attaché.

  En ajoutant l’empotage supplémentaire à l’arrière du capteur, il le scellera contre les effets du temps, de la poussière et de l’eau…

  Ce n’est pas seulement pour les personnes qui veulent simplement protéger leur capteur, c’est pour les personnes ayant une expérience limitée de la soudure.

  Si vous ne voulez pas risquer votre nouveau capteur à la première tentative de soudure, nous vous suggérons fortement de travailler avec nos capteurs soudés professionnels, en interne, avec des attaches de fil.

  Capteurs populaires pour la détection de niveau de liquide

  XL-…MaxSonar-WRM1

  Caractéristiques de l’appareil résistant aux intempéries MB7052, XL-MaxSonar-WRM1, incluent le rejet des petites cibles fournissant des informations de distance à la cible avec le plus grand retour acoustique, un filtre de stabilité, une résolution centimétrique, une détection de courte à longue distance, des informations de distance de 20cm à 765cm, un taux de lecture de 6.7Hz de lecture, et diverses options de sortie : largeur d’impulsion, tension analogique et série RS232.

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  HRXL-MaxSonar-WRM

  Caractéristiques du MB7369 résistant aux intempéries, HRXL-MaxSonar-WRM, incluent une résolution millimétrique, une détection de courte à longue distance, des informations sur la distance de 300mm à 5000mm jusqu’à la cible avec le plus grand retour acoustique, un taux de lecture de 6.7Hz de fréquence de lecture, et diverses options de sortie : largeur d’impulsion, tension analogique et série RS232.

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  Détection d’obstacles par ultrasons

  • • .
      • Nos capteurs pour drones ainsi que nos capteurs de proximité qui sont utilisés pour les robots sont destinés à la détection d’obstacles.
      • Les capteurs ultrasoniques sont adaptés à la détection à courte distance, jusqu’à dix mètres, et fournissent plusieurs mesures de distance par seconde.
      • Principaux avantages :
        • Faible consommation d’énergie – peut être alimenté par batterie, à peu de frais.
        • Il peut fonctionner dans de nombreuses conditions environnementales – les capteurs à ultrasons fonctionnent dans des environnements enfumés, où d’autres capteurs échoueraient.

    Navigation autonome et évitement d’obstacles avec des capteurs à ultrasons

    Nous avons eu beaucoup de succès en travaillant avec des entreprises, des fabricants et des développeurs de produits dans des projets de navigation autonome.

    Les capteurs à ultrasons dans le fonctionnement des drones

    Vous pouvez lire cet article, Fonctionnement des capteurs à ultrasons sur un drone, qui couvre les problèmes que vous pourriez rencontrer en travaillant avec des drones et comment vous pouvez atténuer certains problèmes.

    Nous vous donnons des notes pour le dépannage :

    • Gérer la turbulence de l’air
    • Bruit acoustique de l’hélice
    • Mise à la terre et alimentation
    • Bruit électrique conduit
    • Bruit électrique rayonné
    • Vibration du cadre

    Si vous avez des problèmes non couverts, n’hésitez pas à contacter notre équipe et nous vous aiderons à résoudre le problème du mieux que nous pouvons.

    Comparaison de nos 3 meilleurs capteurs pour la robotique mobile d’intérieur

    Si vous développez un robot de navigation autonome, vous voudrez revoir notre article sur le meilleur capteur à ultrasons pour la robotique mobile d’intérieur.

    Dans cette ressource, nous comparons nos MB1033, MB1030 et MB1240.

    Nous vous guidons à travers ce qui suit :

    • La détection des personnes et le rejet des objets latéraux
    • Les diagrammes de faisceau recommandés et les recommandations de puissance
    • Le fonctionnement du capteur. en fonction de la température
    • La gestion de la tension d’alimentation
    • La gestion du rejet des sources de bruit
    • Gestion de la diaphonie entre capteurs (quel capteur est le meilleur en cas de diaphonie croisée).talk (Quel capteur est le meilleur lorsque le cross talk peut être une préoccupation)

    Lisez l’examen de ces capteurs dans cette application ici.

    Utilisation d’un capteur à large faisceau pour la détection d’obstacles

    Nous avons développé des variantes à large faisceau de notre gamme de capteurs HRXL-MaxSonar-WR, largement utilisée.

    Ces capteurs comprennent –

    Le MB7375, qui lit RS232, et le MB7395, qui lit TTL.

    Ce capteur a été développé afin que vous disposiez d’un capteur à faisceau large pour vos applications qui le nécessitent.

    Vous pouvez examiner l’image ci-dessous pour voir la largeur du faisceau :

    

    Ces capteurs sont faciles à configurer. Aucun réglage particulier n’est nécessaire, et il offre un angle de faisceau plus large que 90 degrés à de nombreuses cibles.

    Capteurs populaires pour les applications de drones

    MB1240

    XL-…MaxSonar-EZ4

    Caractéristiques du MB1240, XL-MaxSonar-EZ4, incluent une résolution centimétrique, ont la tolérance au bruit la plus élevée et la largeur de faisceau la plus étroite de tous les capteurs de la gamme XL-MaxSonar-EZ, une détection de courte à longue distance, des informations sur la portée de 20cm à 765cm, un taux de lecture de 10Hz et diverses options de sortie : largeur d’impulsion, tension analogique et série RS232.

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    I2CXL-MaxSonar-EZ4

    Caractéristiques du MB1242, I2CXL-MaxSonar-EZ4, incluent une résolution centimétrique, la tolérance au bruit la plus élevée et la largeur de faisceau la plus étroite de tous les capteurs de la gamme de capteurs I2CXL-MaxSonar-EZ, la détection de courte à longue distance, des informations sur la portée de 20 cm à 765 cm, un taux de lecture pouvant atteindre 40 Hz et une interface I2C.

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    Avez-vous consulté ces études de cas de nos collaborateurs ?

    Nous avons actuellement un programme de collaborateurs qui met en évidence les cas d’utilisation de nos capteurs dans diverses applications. Vous pouvez en consulter quelques-uns ci-dessous.

    Intéressé par la participation au programme Collaborateur ? Contactez-nous ici.

    

    Radio Bridge a développé un capteur de niveau ultrasonique sans fil avec LoRaWAN

    

    LX Group a développé un capteur de distance à ultrasons pour la mesure de niveau de réservoir. mesure de niveau de réservoir

    

    L’entreprise suédoise ELSYS utilise un capteur de notre ligne WR line dans son capteur de distance IoT

    

    TECLAB et FAST fournissent un capteur de niveau IoT nommé Level-.X

    En conclusion…

    Les capteurs ultrasoniques constituent une solution fiable, solution rentable pour la détection de distance, de niveau et d’obstacles.

    Une fois que vous comprenez comment les capteurs à ultrasons fonctionnent et ce pour quoi la technologie ultrasonique est parfaite et moins bonne, vous pouvez prendre une décision plus éclairée sur le bon système de capteurs pour votre application.

    Regardez notre solution en attente de brevet pour détecter la cargaison dans les remorques 53′ afin de détecter le remplissage ou l’absence. Découvrez le capteur de cargaison de remorque.

    Voyez notre catalogue de produits et contactez notre équipe d’assistance technique en cliquant sur le bouton ci-dessous pour obtenir de l’aide dans le choix d’un capteur.

    Summary

    

    Nom de l’article

    .

    Comprendre le fonctionnement des capteurs à ultrasons

    Description

    Si vous envisagez d’utiliser la technologie ultrasonique pour détecter dans votre projet, il y a des choses que vous devez comprendre. Cet article fournit des informations sur le fonctionnement des capteurs à ultrasons.

    Auteur

    Roderick Burnett

    Nom de l’éditeur

    MaxBotix Inc.

    Logo de l’éditeur

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