Wie funktionieren Ultraschallsensoren?

Ultraschallsensoren sind definiert als elektronische Geräte, die eine Schallwelle aussenden, die über den oberen Bereich des menschlichen Gehörs hinausgeht – den so genannten hörbaren Bereich. zwischen 20 Hertz und 20 Kilohertz – und bestimmen den Abstand zwischen Sensor und Objekt anhand der Sende- und Empfangszeit das Echo. Ultraschallsensoren haben viele Anwendungen, darunter: Parkassistenzsensoren in Autos, Näherungssensoren Alarme, medizinischer Ultraschall, generische Entfernungsmessung und kommerzielle Fischfinder, unter anderem Anwendungen.

Um die Ultraschallwelle zu erzeugen, verwenden Ultraschallsensoren eine Vibrationsvorrichtung, die als Wandler bekannt ist, um Ultraschallimpulse auszusenden, die sich in einem kegelförmigen Strahl ausbreiten. Die Reichweite eines Ultraschallsensors wird durch die Schwingungsfrequenz des Wandlers bestimmt. Mit zunehmender Frequenz übertragen die Schallwellen über immer kürzere Distanzen. Umgekehrt übertragen die Schallwellen mit abnehmender Frequenz immer größere Entfernungen. Daher funktionieren Ultraschallsensoren mit großer Reichweite am besten bei niedrigeren Frequenzen und Ultraschallsensoren mit kurzer Reichweite bei höheren Frequenzen.

Ultraschallsensoren gibt es in einer Vielzahl von Konfigurationen und verwenden je nach Anwendung typischerweise einen oder mehrere Wandler. Bei einem Ultraschallsensor mit mehreren Wandlern ist der Abstand zwischen den Wandlern ein wesentliches zu berücksichtigendes Merkmal. Wenn die Wandler zu eng beabstandet sind, können die von jedem emittierten kegelförmigen Strahlen unerwünschte Interferenzen verursachen.

Ultraschallsensoren haben normalerweise einen unbrauchbaren Bereich nahe der Vorderseite des Sensors, der als „blinde Zone“ bekannt ist Strahl einen Erkennungszyklus abschließt, bevor der Sensor seine Übertragung abgeschlossen hat, kann der Sensor die Echo. Diese Blindzone bestimmt den Mindestabstand, den ein Objekt vom Ultraschallsensor haben muss, damit das Gerät genaue Messwerte liefert.

Ultraschallsensoren funktionieren am besten, wenn sie vor Materialien positioniert werden, die Ultraschallwellen leicht reflektieren, wie Metall, Kunststoff und Glas. Dadurch kann der Sensor auch in größerem Abstand zum Objekt vor ihm eine genaue Anzeige liefern. Wenn der Sensor jedoch vor einem Objekt platziert wird, das Ultraschallwellen leicht absorbiert, wie z. B. Fasermaterial, muss sich der Sensor näher an das Objekt heranbewegen, um einen genauen Messwert zu liefern. Auch der Winkel des Objekts hat einen Einfluss auf die Genauigkeit der Ablesung, wobei eine ebene Fläche im rechten Winkel zum Sensor die größte Reichweite bietet. Diese Genauigkeit nimmt mit einer Änderung des Winkels eines Objekts in Bezug auf den Sensor ab.