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寶德BURKERT型號超聲波傳感器實際應用
點擊次數(shù)：1944 發(fā)布時間：2016-12-22
德國寶德BURKERT超聲波傳感器應用起來原理簡單，也很方便，成本也很低。但是目前的BURKERT超聲波傳感器都有一些缺點，比如，反射問題，噪音，交叉問題。
1.反射問題：
如果被探測物體始終在合適的角度，那BURKERT超聲波傳感器將會獲得正確的角度。但是不幸的是，在實際使用中，很少被探測物體是能被正確的檢測的。
其中可能會出現(xiàn)幾種誤差：
三角誤差，當被測物體與傳感器成一定角度的時候，所探測的距離和實際距離有個三角誤差。
鏡面反射，這個問題和高中物理中所學的光的反射是一樣的。在特定的角度下，發(fā)出的聲波被光滑的物體鏡面反射出去，因此無法產(chǎn)生回波，也就無法產(chǎn)生距離讀數(shù)。這時超聲波傳感器會忽視這個物體的存在。
多次反射，這種現(xiàn)象在探測墻角或者類似結(jié)構(gòu)的物體時比較常見。聲波經(jīng)過多次反彈才被傳感器接收到，因此實際的探測值并不是真實的距離值。
這些問題可以通過使用多個按照一定角度排列的超聲波圈來解決。通過探測多個超聲波的返回值，用來篩選出正確的讀數(shù)。
2.噪音：
雖然多數(shù)BURKERT超聲波傳感器的工作頻率為40-45Khz，遠遠高于人類能夠聽到的頻率。但是周圍環(huán)境也會產(chǎn)生類似頻率的噪音。比如，電機在轉(zhuǎn)動過程會產(chǎn)生一定的高頻，輪子在比較硬的地面上的摩擦所產(chǎn)生的高頻噪音，機器人本身的抖動，甚至當有多個機器人的時候，其它機器人超聲波傳感器發(fā)出的聲波，這些都會引起傳感器接收到錯誤的信號。
這個問題可以通過對發(fā)射的超聲波進行編碼來解決，比如發(fā)射一組長短不同的音波，只有當探測頭檢測到相同組合的音波的時候，才進行距離計算。這樣可以有效的避免由于環(huán)境噪音所引起的誤讀。
3.交叉問題：
交叉問題是當多個超聲波傳感器按照一定角度被安裝在機器人上的時候所引起的。超聲波X發(fā)出的聲波，經(jīng)過鏡面反射，被傳感器Z和Y獲得，這時Z和Y會根據(jù)這個信號來計算距離值，從而無法獲得正確的測量。
解決的方法可以通過對每個傳感器發(fā)出的信號進行編碼。讓每個超聲波傳感器只聽自己的聲音。
在使用BURKERT超聲波變送器的時候，我們應該注意什么？
答：1：為確?？煽啃约伴L使用壽命，請勿在戶外或高于額定溫度的地方使用傳感器。
2：由于超聲波傳感器以空氣作為傳輸介質(zhì)，因此局部溫度不同時，分界處的反射和折射可能會導致誤動作，風吹時檢出距離也會發(fā)生變化。因此，不應在強制通風機之類的設備旁使用傳感器。
3：噴氣嘴噴出的噴氣有多種頻率，因此會影響傳感器且不應在傳感器附近使用。
4：傳感器表面的水滴縮短了檢出距離。
5：細粉末和棉紗之類的材料在吸收聲音時無法被檢出（反射型傳感器）。
6：不能在真空區(qū)或防爆區(qū)使用傳感器。
7：請勿在有蒸汽的區(qū)域使用傳感器；此區(qū)域的大氣不均勻。將會產(chǎn)生溫度梯度，從而導致測量錯誤。
寶德BURKERT型號超聲波傳感器實際應用
工作模式
超聲波傳感器利用聲波介質(zhì)對被檢測物進行非接觸式無磨損的檢測
。超聲波傳感器對透明或有色物體，金屬或非金屬物體，固體、液體、粉狀物質(zhì)均能檢測。其檢測性能幾乎不受任何環(huán)境條件的影響，包括煙塵環(huán)境和雨天。
檢測模式
超聲波傳感器主要采用直接反射式的檢測模式。位于傳感器前面的被檢測物通過將發(fā)射的聲波部分地發(fā)射回傳感器的接收器，從而使傳感器檢測到被測物。
還有部分超聲波傳感器采用對射式的檢測模式。一套對射式超聲波傳感器包括一個發(fā)射器和一個接收器，兩者之間持續(xù)保持“收聽”。位于接收器和發(fā)射器之間的被檢測物將會阻斷接收器接收發(fā)射的聲波，從而傳感器將產(chǎn)生開關信號。
檢測范圍
超聲波傳感器的檢測范圍取決于其使用的波長和頻率。波長越長，
頻率越小，檢測距離越大，如具有毫米級波長的緊湊型傳感器的檢測范圍為300~500mm波長大于5mm的傳感器檢測范圍可達8m。一些傳感器具有較窄的6º聲波發(fā)射角，因而更適合檢測相對較小的物體。另一些聲波發(fā)射角在12º至15º的傳感器能夠檢測具有較大傾角的物體。此外，我們還有外置探頭型的超聲波傳感器，相應的電子線路位于常規(guī)傳感器外殼內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)更適合檢測安裝空間有限的場合。
調(diào)節(jié)
幾乎所有的超聲波傳感器都能對開關輸出的近點和遠點或是測量范圍進行調(diào)節(jié)。在設定范圍外的物體可以被檢測到，但是不會觸發(fā)輸出狀態(tài)的改變。一些傳感器具有不同的調(diào)節(jié)參數(shù)，如傳感器的響應時間、回波損失性能，以及傳感器與泵設備連接使用時對工作方向的設定調(diào)節(jié)等。
重復精度
波長等因素會影響超聲波傳感器的精度，其中zui主要的影響因素是隨溫度
變化的聲波速度，因而許多超聲波傳感器具有溫度補償?shù)奶匦?。該特性能使模擬量輸出型的超聲波傳感器在一個寬溫度范圍內(nèi)獲得高達0.6mm的重復精度。
輸出功能
所有系列的超聲波傳感器都有開關量輸出型產(chǎn)品。一些產(chǎn)品還有2路開關量輸出（如zui小和zui大液位控制）。大多數(shù)產(chǎn)品系列都能提供具有模擬量電流或是模擬電壓輸出的產(chǎn)品。
噪聲抑制
金屬敲擊聲、轟鳴聲等噪聲不會影響超聲波傳感器的參數(shù)賦值，這主要是由于頻率范圍的優(yōu)選和已獲的噪聲抑制電路。
同步功能
超聲波傳感器的同步功能可防干擾。他們通過將各自的同步線進
超聲波傳感器
超聲波傳感器
行簡單的連接來實現(xiàn)同步功能。它們同時發(fā)射聲波脈沖，象單個傳感器一樣工作，同時具有擴展的檢測角度。
交替工作
超聲波傳感器 超長掃描型
以交替方式工作的超聲波傳感器彼此間是相互獨立的，不會相互影響。以交替方式工作的傳感器越多，響應的開關頻率越低。
檢測條件
超聲波傳感器特別適合在“空氣”這種介質(zhì)中工作。這種傳感器也能在其它氣體介質(zhì)中工作，但需要進行靈敏度的調(diào)節(jié)。
盲區(qū)
直接反射式超聲波傳感器不能可靠檢測位于超聲波換能器前段的部分物體。由此，超聲波換能器與檢測范圍起點之間的區(qū)域被稱為盲區(qū)。傳感器在這個區(qū)域內(nèi)必須保持不被阻擋。
溫濕度
空氣溫度與濕度會影響聲波的行程時間?？諝鉁囟让可仙?0ºC，檢測
距離至多增加3.5%。在相對干燥的空氣條件下，濕度的增加將導致聲速zui多增加2%。
空氣壓力
常規(guī)情況下大氣變化±5%（選一固定參考點）將導致檢測范圍變化±0.6%。大多數(shù)情況下，傳感器在5Bar壓力下使用沒有問題。
氣流
氣流的變化將會影響聲速。然而由zui高至10m/s的氣流速度造成的影響是微不足道的。在產(chǎn)生空氣渦流比較普遍的條件下，例如對于灼熱的金屬而言，建議不要采用超聲波傳感器進行檢測，因為對失真變形的聲波的回聲進行計算是非常困難的。
標準檢測物
采用正方形聲反射板用于額定開關距離sn的標定。
1mm的厚度
垂直性：與聲束軸線垂直。
防護等級
外殼可防固體顆粒和防水。
IP65：*防塵；防水柱的侵入。
IP67：*防塵；在恒溫下浸入水下1m深處并放置30分鐘，能夠有效防護。
IP69K：基于EN60529的符合DIN40050-9
泵功能
可施行雙位置控制，例如一個液位控制系統(tǒng)的泵入泵出功能。當一個被測物遠離傳感器到達檢測范圍的遠點時，輸出動作。當被測物靠近傳感器到達檢測范圍設定的近點時，輸出相反的動作。
系統(tǒng)構(gòu)成
超聲波傳感器主要由如下四個部分構(gòu)成：
發(fā)送器：通過振子（一般為陶瓷制品，直徑約為15 mm）振動產(chǎn)生超聲波并向空中幅射。
接收器：振子接收到超聲波時，根據(jù)超聲波發(fā)生相應的機械振動，并將其轉(zhuǎn)換為電能量，作為接收器的輸出。
控制部分：通過用集成電路控制發(fā)送器的超聲波發(fā)送，并判斷接收器是否接收到信號（超聲波），以及已接收信號的大小。
電源部分：超聲波傳感器通常采用電壓為DC12V ± 10 % 或 24V ± 10 %外部直流電源供電，經(jīng)內(nèi)部穩(wěn)壓電路供給傳感器工作。
檢測方式
根據(jù)被檢測對象的體積、材質(zhì)、以及是否可移動等特征，超聲波傳感器采用的檢測方式有所不同，常見的檢測方式有如下四種：
穿透式：發(fā)送器和接收器分別位于兩側(cè)，當被檢測對象從它們之間通過時，根據(jù)超聲波的衰減（或遮擋）情況進行檢測。
限定距離式：發(fā)送器和接收器位于同一側(cè)，當限定距離內(nèi)有被檢測對象通過時，根據(jù)反射的超聲波進行檢測。
限定范圍式：發(fā)送器和接收器位于限定范圍的中心，反射板位于限定范圍的邊緣，并以無被檢測對象遮擋時的反射波衰減值作為基準值。當限定范圍內(nèi)有被檢測對象通過時，根據(jù)反射波的衰減情況（將衰減值與基準值比較）進行檢測。
回歸反射式：發(fā)送器和接收器位于同一側(cè)，以檢測對象（平面物體）作為反射面，根據(jù)反射波的衰減情況進行檢測。
檢測好壞
超聲波傳感器用萬用表直接測試是沒有什么反映的。要想測試超聲波傳感器的好壞可以搭一個音頻振蕩電路，當C1為390OμF時，在反相器⑧腳與⑩腳間可產(chǎn)生一個1.9kHz左右的音頻信號。把要檢測的超聲波傳感器(發(fā)射和接收)接在⑧腳與⑩腳之間;如果傳感器能發(fā)出音頻聲音，基本就可以確定此超聲波傳感器是好的。
注：C1=3900μF時，為1.9kHZ左右；C1=0.O1μF時，約0.76kHZ。
液位測試
超聲波測量液位的基本原理是：由超聲探頭發(fā)出的超聲脈沖信號，在氣體中傳播，遇到空氣與液體的界面后被反射，接收到回波信號后計算其超聲波往返的傳播時間，即可換算出距離或液位高度。超聲波測量方法有很多其它方法不可比擬的優(yōu)點：（1）無任何機械傳動部件，也不接觸被測液體，屬于非接觸式測量，不怕電磁干擾，不怕酸堿等強腐蝕性液體等，因此性能穩(wěn)定、可靠性高、壽命長；（2）其響應時間短可以方便的實現(xiàn)無滯后的實時測量。
系統(tǒng)采用的超聲波傳感器的工作頻率為40kHz左右。由發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波脈沖，傳到液面經(jīng)反射后返回接收傳感器，測出超聲波脈沖從發(fā)射到接收到所需的時間，根據(jù)媒質(zhì)中的聲速，就能得到從傳感器到液面之間的距離，從而確定液面?？紤]到環(huán)境溫度對超聲波傳播速度的影響，通過溫度補償?shù)姆椒▽鞑ニ俣扔枰孕Ｕ?，以提高測量精度。計算公式為：
V=331.5+0.607T （1）
式中：V為超聲波在空氣中傳播速度；T為環(huán)境溫度。
S=V ×t/2=V×（t1－t0）/2 （2）
式中：S為被測距離；t為發(fā)射超聲脈沖與接收其回波的時間差；t1為超聲回波接收時刻；t0為超聲脈沖發(fā)射時刻。利用MCU的捕獲功能可以很方便地測量t0時刻和t1時刻，根據(jù)以上公式，用軟件編程即可得到被測距離S。由于本系統(tǒng)的MCU選用了具有SOC特點的混合信號處理器，其內(nèi)部集成了溫度傳感器，因此可利用軟件很方便的實現(xiàn)對傳感器的溫度補償。
其他
區(qū)分
超聲波傳感器與聲納傳感器的區(qū)別
聲納傳感器和超聲波傳感器是經(jīng)常聽說的兩種探測裝置，很多人認為這兩種是一種傳感器，這兩種傳感器之間有什么區(qū)別呢
聲納傳感器直接探測和識別水中的物體和水底的輪廓，聲納傳感器發(fā)出一個聲波信號，當遇到物體后會反射回來，依據(jù)反射時間及波型去計算它的距離及位置。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。聲納傳感器主要用于探測生物，比如用于探測水底有哪些生物，生物體形有多大等。經(jīng)常問你聽說的用于探測水怪的裝置就是聲納傳感器。
超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。在工業(yè)方面，超聲波的典型應用是對金屬的無損探傷和超聲波測厚兩種。超聲波傳感器在醫(yī)學上的應用主要是診斷疾病，它已經(jīng)成為了臨床醫(yī)學中*的診斷方法。
注意事項
1：為確保可靠性及長使用壽命，請勿在戶外或高于額定溫度的地方使用傳感器[2] 。
2：由于超聲波傳感器以空氣作為傳輸介質(zhì)，因此局部溫度不同時，分界處的反射和折射可能會導致誤動作，風吹時檢出距離也會發(fā)生變化。因此，不應在強制通風機之類的設備旁使用傳感器。
3：噴氣嘴噴出的噴氣有多種頻率，因此會影響傳感器且不應在傳感器附近使用。
4：傳感器表面的水滴縮短了檢出距離。
5：細粉末和棉紗之類的材料在吸收聲音時無法被檢出（反射型傳感器）。
6：不能在真空區(qū)或防爆區(qū)使用傳感器。
7：請勿在有蒸汽的區(qū)域使用傳感器；此區(qū)域的大氣不均勻。將會產(chǎn)生溫度梯度，從而導致測量錯誤。
暴露問題
超聲波傳感器應用起來原理簡單，也很方便，成本也很低。但是目前的超聲波傳感器都有一些缺點，比如，反射問題，噪音，交叉問題。
反射問題
如果被探測物體始終在合適的角度，那超聲波傳感器將會獲得正確的角度。但是不幸的是，在實際使用中，很少被探測物體是能被正確的檢測的。
其中可能會出現(xiàn)幾種誤差：
三角誤差
當被測物體與傳感器成一定角度的時候，所探測的距離和實際距離有個三角誤差。
鏡面反射
這個問題和高中物理中所學的光的反射是一樣的。在特定的角度下，發(fā)出的聲波被光滑的物體鏡面反射出去，因此無法產(chǎn)生回波，也就無法產(chǎn)生距離讀數(shù)。這時超聲波傳感器會忽視這個物體的存在。
多次反射
這種現(xiàn)象在探測墻角或者類似結(jié)構(gòu)的物體時比較常見。聲波經(jīng)過多次反彈才被傳感器接收到，因此實際的探測值并不是真實的距離值。
這些問題可以通過使用多個按照一定角度排列的超聲波圈來解決。通過探測多個超聲波的返回值，用來篩選出正確的讀數(shù)。
噪音
雖然多數(shù)超聲波傳感器的工作頻率為40-45Khz，遠遠高于人類能夠聽到的頻率。但是周圍環(huán)境也會產(chǎn)生類似頻率的噪音。比如，電機在轉(zhuǎn)動過程會產(chǎn)生一定的高頻，輪子在比較硬的地面上的摩擦所產(chǎn)生的高頻噪音，機器人本身的抖動，甚至當有多個機器人的時候，其它機器人超聲波傳感器發(fā)出的聲波，這些都會引起傳感器接收到錯誤的信號。
這個問題可以通過對發(fā)射的超聲波進行編碼來解決，比如發(fā)射一組長短不同的音波，只有當探測頭檢測到相同組合的音波的時候，才進行距離計算。這樣可以有效的避免由于環(huán)境噪音所引起的誤讀。
交叉問題
交叉問題是當多個超聲波傳感器按照一定角度被安裝在機器人上的時候所引起的。超聲波X發(fā)出的聲波，經(jīng)過鏡面反射，被傳感器Z和Y獲得，這時Z和Y會根據(jù)這個信號來計算距離值，從而無法獲得正確的測量。
解決的方法可以通過對每個傳感器發(fā)出的信號進行編碼。讓每個超聲波傳感器只聽自己的聲音。
寶德BURKERT型號超聲波傳感器實際應用
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寶德BURKERT型號超聲波傳感器實際應用