Unterstanding How Ultrasonic Sensors Work

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Ultraschallsensoren sind eine der besten Methoden, um Nähe zu erfassen und Füllstände mit hoher Zuverlässigkeit zu erkennen.

Unser technischer Support erhält ständig E-Mails darüber, wie unsere Sensoren funktionieren und in welchen Umgebungen unsere Sensoren funktionieren (oder nicht funktionieren).

Dieser Leitfaden wurde als Einführung in die Ultraschallsensorik, ihre Prinzipien und die Funktionsweise von Ultraschallsensoren in Ihren Anwendungen erstellt.

Zunächst einmal müssen Sie wissen, was ein Ultraschallsensor ist…

Was ist ein Ultraschallsensor?

Ein Ultraschallsensor ist ein Gerät, das die Entfernung zu einem Objekt mit Hilfe von Ultraschallwellen misst.

Ein Ultraschallsensor verwendet einen Wandler zum Senden und Empfangen von Ultraschallimpulsen, die Informationen über die Nähe eines Objekts zurückgeben.

Hochfrequente Schallwellen werden von Grenzen reflektiert und erzeugen deutliche Echomuster.

Wie Ultraschallsensoren funktionieren.

Ultraschallsensoren arbeiten, indem sie eine Schallwelle mit einer Frequenz oberhalb des menschlichen Hörbereichs aussenden. Der Schallwandler des Sensors fungiert als Mikrofon, um den Ultraschall zu empfangen und zu senden. Unsere Ultraschallsensoren verwenden, wie viele andere auch, einen einzelnen Schallwandler, um einen Impuls zu senden und das Echo zu empfangen. Der Sensor bestimmt die Entfernung zu einem Ziel, indem er die Zeitspannen zwischen dem Senden und Empfangen des Ultraschallimpulses misst.

Das Funktionsprinzip dieses Moduls ist einfach. Es sendet einen Ultraschallimpuls mit 40kHz aus, der durch die Luft wandert und bei einem Hindernis oder Objekt zum Sensor zurückprallt. Durch die Berechnung der Laufzeit und der Schallgeschwindigkeit kann die Entfernung berechnet werden.

Ultraschallsensoren sind eine großartige Lösung für die Erkennung von klaren Objekten. Bei der Messung von Flüssigkeitsständen haben Anwendungen, die z. B. Infrarotsensoren verwenden, aufgrund der Lichtdurchlässigkeit des Ziels Schwierigkeiten mit diesem speziellen Anwendungsfall.

Für die Anwesenheitserkennung erkennen Ultraschallsensoren Objekte unabhängig von Farbe, Oberfläche oder Material (es sei denn, das Material ist sehr weich wie Wolle, da es den Schall absorbieren würde).

Zur Erkennung von transparenten und anderen Objekten, bei denen optische Technologien versagen können, sind Ultraschallsensoren eine zuverlässige Wahl.

Verwendung mehrerer Sensoren & Vermeiden von Störungen

Bei der Verwendung mehrerer Sensoren in einer Anwendung ist es wichtig, diese so anzuschließen, dass Probleme wie Übersprechen oder andere Störungen vermieden werden.

Um Störungen der Ultraschallsignale, die von Ihrem Sensor kommen, zu vermeiden, ist es wichtig, die Vorderseite des Ultraschallwandlers frei von jeglichen Hindernissen zu halten.

Gebräuchliche Hindernisse sind:

• Schmutz
• Schnee
• Eis
• Sonstiges Kondenswasser

Für diesen speziellen Anwendungsfall, bieten wir unsere selbstreinigenden Sensoren an.

Sie sind speziell für Anwendungen gedacht, bei denen es auf die Beständigkeit gegen Kondensation in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit ankommt, unsere Selbstreinigungsfunktion ist so konzipiert, dass sie kontinuierlich läuft, damit die Selbstreinigungsfunktion aktiv ist.

Hinweis: Die Selbstreinigungsfunktion ist nicht dazu gedacht, Schmutz von der Oberfläche des Schallwandlers zu entfernen. Sie dient dazu, die Oberfläche des Wandlers von Feuchtigkeit zu befreien, um einen normalen Betrieb zu ermöglichen.

Wie werden Ultraschallsensoren verwendet?

Unsere Ultraschall-Abstands-, Füllstands- und Näherungssensoren werden häufig mit Mikrocontroller-Plattformen wie Raspberry Pi, ARM, PIC, Arduino, Beagle Board und mehr verwendet.

Ultraschallsensoren senden Schallwellen in Richtung eines Ziels und bestimmen dessen Entfernung, indem sie die Zeit messen, die die reflektierten Wellen benötigen, um zum Empfänger zurückzukehren.

Dieser Sensor ist ein elektronisches Gerät, das die Entfernung eines Ziels misst, indem es Ultraschallwellen aussendet und dann den reflektierten Schall in ein elektrisches Signal umwandelt.

Unsere Sensoren werden häufig als Näherungssensoren verwendet.

Ultraschallsensoren werden auch in Hindernisvermeidungssystemen sowie in der Fertigung eingesetzt.

Unsere ShortRange-Sensoren bieten die Möglichkeit zur Erkennung von Objekten im Nahbereich, wenn Sie einen Sensor benötigen, der Objekte bis zu 2 cm entfernt erfasst. Sie sind auch mit Blick auf einen sehr geringen Energiebedarf sowie auf Umgebungen, in denen eine Rauschunterdrückung erforderlich ist, gebaut.

Hinweis: Es ist möglich, dass kleine Körner oder Partikel die Ultraschallimpulse aufgrund von Oberflächenvariationen oder Winkeln vom Sensor ablenken.

In diesen Umgebungen kann das Messobjekt den Schall absorbieren oder die Schallenergie aufgrund des Schüttwinkels, der Oberflächenvariation oder beidem vom Sensor weg ablenken.

Wir bieten hier eine Applikationsschrift zum Thema Kornrückhaltung an:

Wann sollte ein Ultraschallsensor nicht verwendet werden

In einigen Fällen ist das Zielobjekt so klein, dass das reflektierte Ultraschallsignal für die Erkennung nicht ausreicht und die Entfernung nicht korrekt gemessen werden kann.

Verwendung des Ultraschallsensors in Ihrem Projekt

1. CONTROLLER ANSCHLIESSEN

Wir haben in diesem Beispiel einen Arduino verwendet, Sie können aber auch einen anderen Controller und ein Programm Ihrer Wahl verwenden.

2. SOFTWARE INSTALLIEREN

Installieren Sie die Arduino Sketch Codiersoftware auf Ihrem PC. Hier geben Sie den Code ein, den Sie kompilieren und an das Arduino-Board senden möchten.

3. EINRICHTEN IHRES SENSORS MIT ARDUINO

Stecken Sie Ihren Arduino in das USB-Kabel und in Ihren Computer. Sobald Sie den Arduino hochgeladen haben, können Sie den Code kompilieren und aktivieren.

4. CODE KOMPILIEREN UND AUSFÜHREN

Mit dem folgenden Code können Sie die Entfernung in Zentimetern lesen. Kompilieren Sie diesen Code und führen Sie ihn aus, um eine Echtzeit-Entfernungsmessung zum nächstgelegenen Objekt zu erhalten. (Bitte beachten Sie: dieser Code ist nicht nur für Arduino und läuft auf den meisten Controllern)

Warum einen Ultraschallsensor verwenden?

Ultraschall ist in jeder Lichtumgebung zuverlässig und kann im Innen- und Außenbereich eingesetzt werden. Ultraschallsensoren können die Kollisionsvermeidung für einen Roboter übernehmen und werden oft bewegt, solange es nicht zu schnell geht.

Ultraschallsensoren sind so weit verbreitet, dass sie zuverlässig in Anwendungen zur Erkennung von Getreidebehältern, Wasserständen, Drohnen und Autos in Drive-Thru-Restaurants oder Banken eingesetzt werden können.

Ultraschall-Entfernungsmesser werden häufig als Geräte zur Erkennung einer Kollision eingesetzt.

Ultraschallsensoren werden am besten für die berührungslose Erkennung von:

• Anwesenheit
• Höhe
• Position
• Abstand

NichtKontaktsensoren werden auch als Näherungssensoren bezeichnet.

Ultraschall ist unabhängig von:

• Licht
• Rauch
• Staub
• Farbe
• Material (außer bei weichen Oberflächen, i.z. B. Wolle, da die Oberfläche die Ultraschallwelle absorbiert und den Schall nicht reflektiert)

Langstreckenerkennung von Zielen mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften.

Ultraschallsensoren sind Infrarotsensoren überlegen, da sie nicht durch Rauch oder schwarze Materialien beeinträchtigt werden, jedoch können weiche Materialien, die die Sonar- (Ultraschall-) Wellen nicht sehr gut reflektieren, Probleme verursachen. Es ist kein perfektes System, aber es ist gut und zuverlässig.

Anwendungen mit Ultraschallerkennung:

Ultraschall-Abstandsmessung

Die Abstandsmessung basiert auf der Messung der Lichtlaufzeit. Die Zeit zwischen Senden und Empfangen des reflektierten Schallsignals wird vom Sensor berechnet. Ultraschall-Distanzsensoren, wie der MB7360 HRXL-MaxSonar-WR, werden als Höhenwächter, in der Füllstandsmessung und in Anwendungen zur Erkennung von Annäherungszonen eingesetzt.

• • • Ex. Die Abstandsmessung würde in einer Garagenanwendung eingesetzt werden, um zu erkennen, wann ein Fahrzeug vollständig in eine Garage eingefahren ist.
    • Der MB7360 wurde als Füllstandssensor eingesetzt, um das Vorhandensein oder Fehlen von Getreide und anderen Materialien in Bunkern zu erkennen.

Personenerkennung mit Ultraschallsensoren

Populäre Anwendungen, an denen wir gearbeitet haben, waren der Einsatz unserer Sensoren in Kiosken, um die Anwesenheit einer sich nähernden Person zu erkennen, und die Erkennung der Anwesenheit von Personen in einer Umgebung, wie einer Kunstinstallation.

Ein detaillierter Anwendungsfall ist diese interaktive Kunstinstallation, über die auf Makezine.com ausführlich berichtet wird.

Wir haben einen Artikel geschrieben, der die wichtigsten Fragen und Bedenken über die Verwendung unserer Sensoren in dieser Art von Lösungen behandelt.

Lesen Sie unseren Artikel, Kiosksensoren & Personenerkennung, um mehr zu erfahren:

• Warum Menschen traditionell ein herausforderndes Ziel für einen Ultraschallsensor sind
• Die Zieltypen, die ideal sind
• Die Vorteile eines Ultraschall-Näherungssensors

Unser Ziel ist es, Ihnen dabei zu helfen, einen Sensor zu finden, der gerade empfindlich genug für Ihr Projekt ist, aber potenzielle Probleme wie das Aufnehmen von Störungen durch eine externe Geräuschquelle vermeidet.

Werfen Sie einen Blick auf das folgende Video. nuMedia Innovations entwickelte eine Lösung für einen Microsoft Store in Seattle WA, um die Anwesenheit von Menschen auf einem Ladendisplay zu erkennen.

Beliebte Sensoren zur Abstandsmessung

Ultraschall-Füllstandsensoren

• • • Tankfüllstandsmessung, Kraftstoffmessung, Bewässerungssteuerung.
    • Dieses Projekt für einen Low-Power-Wasserstandssensor, vom Hackster.io-Entwickler Amedee, verwendet einen wetterfesten Sensor aus unserer WR-Linie. In Kombination mit einem LoraWan-Knoten und dem Open-Source-Netzwerk The Things IoT wurde dieses Projekt entwickelt, um den Wasserstand in einem Regenwassertank zu messen. Es kann jedoch in vielen Anwendungen eingesetzt werden.

Wählen Sie einen Füllstandssensor

In diesem Artikel How to Choose an Ultrasonic Tank Level Sensor (Wie man einen Ultraschall-Tankfüllstandssensor auswählt) erfahren Sie, welche Schritte Sie unternehmen können, um den richtigen Sensor für Ihre Füllstandsmessanwendung auszuwählen.

Wir behandeln:

• Die wichtigen Faktoren, die Sie bei der Montage Ihres Sensors berücksichtigen sollten
• Wie Sie den Sensor in einer Umgebung mit aggressiven Chemikalien einsetzen
• Welche Sensorleitungen eignen sich am besten für Umgebungen, in denen Frost auf dem Sensor ein Problem darstellen könnte

Wenn Sie den Sensor in einer rauen Umgebung einsetzen

Wenn Sie den Sensor in einer rauen Umgebung einsetzen, empfehlen wir den zusätzlichen Schutz, damit Sie den Sensor erfolgreich in Ihrem Projekt einsetzen können.

Als kurze Orientierungshilfe, um Sie über die Kompatibilität unserer Sensoren in einigen Umgebungen zu informieren, haben wir die Tabelle zur chemischen Kompatibilität erstellt.

Ein paar der gängigsten Fragen zu Chemikalien und Umgebungen werden hier abgedeckt.

Bestellen Sie einen vollständig versiegelten Sensor

Wenn Sie einen Sensor aus unserer WR-Linie verwenden, ist die Sensorbelegung offen gelassen, so dass Sie Drähte und Geräte an den Sensor anschließen können.

Der Grund, warum wir sie offen lassen, ist, dass Sie dadurch mehr Flexibilität haben, wie Sie die Sensoren anschließen möchten.

Bei manchen Anwendungen kann der Sensor dadurch der Witterung ausgesetzt sein.

Wenn Sie bei der Montage die Rückseite des Sensors vor Beschädigungen schützen wollen, müssen Sie die Sensorbelegung abdichten.

Dafür bieten wir unsere Wire-Attach-Option als Lösung an…

Die Wire-Attach-Option deckt die Sensorbelegung vollständig ab, indem sie eine kleine Kappe, gefüllt mit einer Epoxidmischung, und ein angeschlossenes Kabel hinzufügt.

Durch das Hinzufügen des zusätzlichen Vergusses auf der Rückseite des Sensors wird dieser gegen Witterungseinflüsse, Staub und Wasser versiegelt…

Dies ist nicht nur für Leute, die ihren Sensor schützen wollen, sondern auch für Leute mit begrenzter Löterfahrung.

Wenn Sie Ihren neuen Sensor nicht gleich beim ersten Lötversuch riskieren wollen, empfehlen wir Ihnen dringend, mit unseren professionellen, selbst gelöteten Sensoren mit Drahtbefestigung zu arbeiten.

Beliebte Sensoren für die Füllstandsmessung

Ultraschall-Hinderniserkennung

• • • Unsere UAV-Sensoren für Drohnen sowie unsere Näherungssensoren, die bei Robotern eingesetzt werden, dienen der Hinderniserkennung.
    • Ultraschallsensoren eignen sich für die Nahbereichserkennung bis zu zehn Metern und liefern mehrere Entfernungsmessungen pro Sekunde.
    • Hauptvorteile:
      • Niedriger Stromverbrauch – kann kostengünstig per Batterie betrieben werden.
      • Kann unter vielen Umgebungsbedingungen arbeiten – Ultraschallsensoren funktionieren in rauchgefüllten Umgebungen, wo andere Sensoren versagen würden.

Autonome Navigation und Hindernisvermeidung mit Ultraschallsensoren

Wir haben viel Erfolg bei der Zusammenarbeit mit Unternehmen, Herstellern und Produktentwicklern bei Projekten zur autonomen Navigation.

Ultraschallsensoren im UAV-Betrieb

Sie können diesen Artikel, Ultraschallsensor-Betrieb auf einem UAV, lesen, der Probleme behandelt, auf die Sie bei der Arbeit mit UAVs stoßen könnten und wie Sie einige Probleme entschärfen können.

Wir geben Ihnen Hinweise zur Fehlerbehebung:

• Umgang mit Luftturbulenzen
• Propellergeräusche
• Erdung und Stromversorgung
• Leitungsgebundene elektrische Geräusche
• Abgestrahlte elektrische Geräusche
• Rahmenschwingungen

Wenn es irgendwelche Probleme gibt, die nicht abgedeckt sind, zögern Sie bitte nicht, unser Team zu kontaktieren und wir werden Ihnen bei der Lösung des Problems so gut wie möglich helfen.

Vergleich unserer besten 3 Sensoren für mobile Roboter im Innenbereich

Wenn Sie einen autonomen Navigationsroboter entwickeln, sollten Sie sich unseren Artikel über den besten Ultraschallsensor für mobile Roboter im Innenbereich ansehen.

In dieser Quelle vergleichen wir den MB1033, den MB1030 und den MB1240.

Wir führen Sie durch die folgenden Punkte:

• Personenerkennung und die Unterdrückung von seitlichen Objekten
• Empfohlene Strahlmuster und Leistungsempfehlungen
• Der Sensorbetrieb über Temperatur
• Der Umgang mit der Versorgungsspannung
• Der Umgang mit der Ausleitung von Rauschquellen
• Der Umgang mit SensorübersprechenTalk (Welcher Sensor ist am besten geeignet, wenn Übersprechen ein Problem sein kann)

Lesen Sie hier den Testbericht für diese Sensoren in dieser Anwendung.

Verwendung eines Breitstrahlsensors zur Hinderniserkennung

Wir haben Breitstrahlvarianten unserer weit verbreiteten HRXL-MaxSonar-WR-Sensoren entwickelt.

Zu diesen Sensoren gehören –

Der MB7375, der RS232 liest, und der MB7395, der TTL liest.

Diese Sensoren wurden entwickelt, damit Sie einen Sensor mit einem breiten Strahl für Ihre Anwendungen haben, die einen solchen erfordern.

Sie können sich das Bild unten ansehen, um zu sehen, wie breit das Strahlmuster ist:

Diese Sensoren sind einfach einzurichten. Es sind keine speziellen Einstellungen erforderlich, und sie bieten einen Abstrahlwinkel von mehr als 90 Grad für viele Ziele.

Beliebte Sensoren für UAV-Anwendungen

Haben Sie sich diese Fallstudien unserer Mitarbeiter angesehen?

Wir haben derzeit ein Mitarbeiterprogramm, das die Anwendungsfälle unserer Sensoren in verschiedenen Applikationen beleuchtet. Sie können sich einige davon unten ansehen.

Interessiert an einer Teilnahme am Collaborator-Programm? Kontaktieren Sie uns hier.

Radio Bridge entwickelte einen drahtlosen Ultraschall-Füllstandsensor mit LoRaWAN

LX Group entwickelte einen Ultraschall-Distanzsensor für Tankfüllstands Messung

Das schwedische Unternehmen ELSYS verwendet einen Sensor aus unserer WR Linie in ihrem IoT-Distanzsensor

TECLAB und FAST bieten einen IoT-Füllstandsensor namens Level-X

Zusammenfassend…

Ultraschallsensoren sind eine zuverlässige, kostengünstige Lösung für die Abstandsmessung, Füllstands- und Hinderniserkennung.

Wenn Sie erst einmal verstanden haben, wie Ultraschallsensoren funktionieren und wofür die Ultraschalltechnologie perfekt ist und wofür nicht, können Sie eine fundiertere Entscheidung für das richtige Sensorsystem für Ihre Anwendung treffen.

Werfen Sie einen Blick auf unsere zum Patent angemeldete Lösung zur Erkennung von Ladung in 53′-Anhängern, um die Fülle oder Abwesenheit zu erkennen. Lesen Sie mehr über den Trailer Cargo Sensor.

Werfen Sie einen Blick auf unseren Produktkatalog und kontaktieren Sie unser technisches Support-Team, indem Sie auf die Schaltfläche unten klicken, um Hilfe bei der Auswahl eines Sensors zu erhalten.

Zusammenfassung

Artikelname

Understanding How Ultrasonic Sensors Work

Description

Wenn Sie in Erwägung ziehen, Ultraschalltechnologie in Ihrem Projekt zu verwenden, gibt es einige Dinge, die Sie verstehen müssen. Dieser Artikel liefert Informationen darüber, wie Ultraschallsensoren funktionieren.

Autor

Roderick Burnett

Publisher Name

MaxBotix Inc.

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