Come funzionano i sensori a ultrasuoni?

I sensori a ultrasuoni sono definiti come dispositivi elettronici che emettono un'onda acustica oltre la gamma superiore dell'udito umano - chiamata gamma udibile, tra 20 hertz e 20 kilohertz – e determinare la distanza tra il sensore e un oggetto in base al tempo necessario per inviare il segnale e ricevere l'eco. I sensori a ultrasuoni hanno molte applicazioni, tra cui: sensori di assistenza al parcheggio in auto, prossimità allarmi, ultrasuoni medici, misurazioni generiche della distanza e fishfinder commerciali, tra gli altri applicazioni.

Per generare l'onda ultrasonica, i sensori ultrasonici utilizzano un dispositivo vibrante noto come trasduttore per emettere impulsi ultrasonici che viaggiano in un raggio a forma di cono. La portata di un sensore a ultrasuoni è determinata dalla frequenza di vibrazione del trasduttore. All'aumentare della frequenza, le onde sonore trasmettono per distanze progressivamente più brevi. Viceversa, al diminuire della frequenza, le onde sonore trasmettono per distanze progressivamente maggiori. Pertanto, i sensori a ultrasuoni a lungo raggio funzionano meglio a frequenze più basse e i sensori a ultrasuoni a corto raggio funzionano meglio a frequenze più alte.

I sensori a ultrasuoni sono disponibili in una varietà di configurazioni e in genere utilizzano uno o più trasduttori, a seconda dell'applicazione. Nel caso di un sensore ad ultrasuoni con più trasduttori, la spaziatura tra i trasduttori è una caratteristica essenziale da considerare. Se i trasduttori sono distanziati troppo vicini tra loro, i raggi a forma di cono emessi da ciascuno possono causare interferenze indesiderate.

I sensori a ultrasuoni in genere hanno un'area inutilizzabile vicino alla superficie del sensore, nota come "zona cieca" e se il raggio completa un ciclo di rilevamento prima che il sensore completi la sua trasmissione, il sensore non può ricevere con precisione il eco. Questa zona cieca determina la distanza minima che un oggetto deve essere dal sensore a ultrasuoni affinché il dispositivo fornisca una lettura accurata.

I sensori a ultrasuoni funzionano meglio se posizionati di fronte a materiali che riflettono prontamente le onde ultrasoniche, come metallo, plastica e vetro. Ciò consente al sensore di fornire una lettura accurata a una distanza maggiore dall'oggetto davanti a sé. Tuttavia, quando il sensore viene posizionato di fronte a un oggetto che assorbe prontamente le onde ultrasoniche, come il materiale in fibra, il sensore deve avvicinarsi all'oggetto per fornire una lettura accurata. L'angolo dell'oggetto ha anche un impatto sulla precisione della lettura, con una superficie piana ad angolo retto rispetto al sensore che offre il raggio di rilevamento più lungo. Questa precisione diminuisce al variare dell'angolo di un oggetto rispetto al sensore.