Использование схемы ультразвукового датчика направлено на систему регулирования жидкостей, присутствующих в резервуарах, по двум уровням.

Видео с простым примером работы ультразвукового датчика расстояния

elektrik24.net

Ультразвуковые датчики | Академия робототехники

Что бы робот мог объезжать препятствия, ему нужно их видеть. Для того что бы робот стал зрячим обычно используют  ультразвуковой датчик измерения расстояния. Дальность действия датчика — 180 см.

Эйдзи Накано — Введение в робототехнику. Глава V. Сенсорные устройства роботов. Ультразвуковые датчики

Пьезоэлектрический эффект

Принцип действия

     Ультразвуковой дальномер определяет расстояние до объектов точно так же, как это делают дельфины или летучие мыши. Он генерирует звуковые импульсы на частоте 40 кГц и слушает эхо. По времени распространения звуковой волны туда и обратно можно однозначно определить расстояние до объекта.

   В отличие от инфракрасных дальномеров, на показания ультразвукового дальномера не влияют засветки от солнца или цвет объекта. Но могут возникнуть трудности с определением расстояния до пушистых или очень тонких предметов. Поэтому высокотехнологичную мышеловку выполнить на нём будет затруднительно.

    При отражении звука от препятствия мы слышим эхо. Летучая мышь использует отражение ультразвуковых волн для полётов в темноте и для охоты на насекомых. По такому же принципу работает эхолот, с помощью которого измеряется глубина воды под днищем корабля или поиск рыбы.

     Принцип передачи и приема ультразвуковой энергии лежит в основе многих очень популярных ультразвуковых датчиков и детекторов скорости. Ультразвуковые волны являются механическими акустическими волнами, частота которых лежит за пределами слышимости человеческого уха — более 20 кГц. Однако сигналы этих частот воспринимаются некоторыми животными: собаками, кошками, грызунами и насекомыми. А некоторые виды млекопитающих, таких как летучие мыши и дельфины, общаются друг с другом ультразвуковыми сигналами.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК Lego Mindstorm EV 3. ЗРИ В КОРЕНЬ

Технические спецификации и особенности продукта:

• • Измерение расстояния в диапазоне от 1 до 250 см
  • Точность измерения до +/- 1 см
  • Передняя подсветка в виде красного кольца горит постоянно при передаче сигнала и мигает при прослушивании эфира
  • Если ультразвуковой сигнал распознан, датчик возвращает логическое значение «Истина»
  • Автоматическая идентификация производится программным обеспечением микрокомпьютера EV3

Рис. 1 Ультразвуковой датчик Lego Mindstorm EV 3  (стоимость вместе с внутренним микроконтроллером и микросхемами усиления сигнала $50, при себестоимости $5)

Рис. 2  Схема ультразвукового датчика Lego Mindstorm EV 3 (ultrasonic sensor hardware schematics) построена на микроконтроллере STM8S103F3

Рис. 3 Ультразвуковые излучатель  AW8T40 и приемник AW8R40 ультразвукового датчика Lego Mindstorm EV 3

Ультразвуковой датчик  HC-SR04

Ультразвуковой датчик HC-SR04 — Ultrasonic Ranging  Module HC — SR04 —  Ultrasonic Sensor Distance Measuring Module — Sonar

      Ультразвуковой дальномер HC SR04 самый известный датчик для применения в Arduino, Raspberry Pi,  ESP8266 и  ESP32 модулях. Позволяет измерять расстояние до объекта  в диапазоне от 2 до 400 (180) см. Например, если вы хотите собрать робота, который объезжает преграды, то данный дальномер прекрасно подойдет для ваших задач. Датчик имеет небольшие габариты и простой интерфейс.

Рис. 4 Внешний вид  ультразвукового датчика (сонара, ультразвукового сенсора, ультразвукового модуля) HC-SR04

Названия выводов и ультразвуковых излучателей модуля

• Vcc — положительный контакт питания.
• Trig — цифровой вход. Для запуска измерения необходимо подать на этот вход импульс (логическую единицу) длительностью 10 мкс. Следующий импульс рекомендуется подавать не ранее чем через 50 мс. что связано со временем обработки первого импульса.
• Echo — цифровой выход. После обработки отраженного сигнала, на этот выход будет подан импульс (логическая единица), длительностью пропорциональной расстоянию до объекта.
• GND — отрицательный контакт питания (земля).
• Левый ультразвуковой излучатель (маркирован буквой Т — transmiter) это передатчик ультразвукового сигнала, правый ультразвуковой излучатель (маркирован буквой R — resiver)  это приемник отраженного от объекта ультразвукового сигнала (эха).

Характеристики

• Напряжение питания: 5 В. Модель HC-SR04 +  работает в диапазоне от 3,3В-5В (помечено как HC-SR04 + на задней стороне платы модуля)
• Потребление в режиме тишины: 2 мА
• Потребление при работе: 15 мА
• Максимальная частота опроса датчика: 20 Гц (Период опроса 50 мс)
• Частота ультразвука: 40 кГц
• Дальность обзора: 2 см – 4 м (1,8 м)
• Разрешение (градация выходного сигнала): 0,3 см
• Эффективный угол наблюдения: 15°
• Рабочий угол наблюдения: 30°
• вес — 8,28 грамм
• Размеры: 45*20*15 мм. ДхШхГ (Ш — без  учета контактов подключения)

Рис. 5 Размеры  ультразвукового датчика  HC-SR04

• Внимание:
  ! Модуль не рекомендуется подключать непосредственно к подключенной к электропитанию плате микроконтроллера, необходимо отключить электропитание  в момент подключения модуля , первым должен быть подключен вывод GND  модуля, в противном случае,это может повлиять на нормальную работу модуля.
• ! При испытании модуля на дальность и точность измерения, размер площади объекта сканирования должен не менее 0,5 квадратных метров и его поверхность должна быть как можно тверже и ровнее, в противном случае, это будет влиять на результаты измерений.
• 

Рис. 6 Диаграмма направленности   ультразвукового датчика  HC-SR04. Взята из документации на этот датчик

Описание работы:

Тест угла обзора датчика, взят из описания с сайта www.iteadstudio.com

Ультразвуковой датчик расстояния определяет расстояние до объекта, измеряя время отображения звуковой волны от объекта. Частота звуковой волны находится в пределах частоты ультразвука, что обеспечивает концентрированное направление звуковой волны, так как звук с высокой частотой рассеивается в окружающей среде меньше. Типичный ультразвуковой датчик расстояния состоит из двух мембран, одна из которых генерирует звук, а другая регистрирует отображенное эхо. Образно говоря, мы имеем дело со звуковой колонкой и микрофоном. Звуковой генератор создает маленький, с некоторым периодом ультразвуковой импульс и запускает таймер. Рисунок 3 – Ультразвуковой датчик расстояния HC-SR04 Вторая мембрана регистрирует прибытие отображенного импульса и останавливает таймер. От времени таймера по скорости звука возможно вычислить пройденное расстояние звуковой волны. Расстояние объекта приблизительно половина пройденного пути звуковой волны. Рисунок 4 –Принцип работы ультразвукового датчик расстояния Ограничения, связанные с применением ультразвукового датчик расстояния : 1. Частичные отражения, или как их называют паразитный эхо-сигнал, могут исказить результаты измерений (причиной могут стать криволинейные или наклонные по отношению к направлению излучения сигнала поверхности). 2. Измерения объектов из звукопоглощающих, изоляционных материалов или имеющих тканевую (шерстяную) поверхность могут привести к неправильным измерениям вследствие поглощения (ослабления) сигнала. 3. Чем меньше объект, тем меньшую отражающую поверхность он имеет. Это приводит к более слабому отраженному сигналу. 4. При высокой влажности (дождь, снег) сигнал также может частично отражаться от капель (снежинок), что приводит к паразитному эхо- сигналу.

Принцип работы датчика следующий: один из пьезоэлементов излучает ультразвуковую волну при подачи импульса длительностью 15 микросекунд, а другой пьезоэлемент принимает эту же отражённую волну от препятствия. Затем замеряется время задержки от передачи до приёма волны, далее вычисляется расстояние и передаётся сигнал на ногу Echo датчика, длительностью пропорциональной расстоянию до препятствия. Нам остаётся только подавать импульс на датчик, принять его и вычислить расстояние. Сегодня мы научимся работать с HC-SR04 на BASCOM-AVR.

Поставим перед собой задачу: собрать устройство, которое должно замерять расстояние до какого либо объекта с помощью датчика HC-SR04 и передавать данные через UART на ПК.

Для этой цели можно использовать практически любой AVR микроконтроллер, так как алгоритм очень простой. Я взял Atmega8, в итоге получилась следующая принципиальная схема устройства:

    Описание принципа работы ультразвукового дальномера HC—SR04 можно разделить на следующие шаги:

Следующий импульс может быть излучён, только после исчезновения эха от предыдущего. Это время называется периодом цикла (cycle period). Рекомендованный период между импульсами должен быть не менее 50 мс.

Если на сигнальный пин (Trig) подаётся импульс длительностью 10 мкс, то ультразвуковой модуль будет излучать восемь пачек ультразвукового сигнала с частотой 40кГц и обнаруживать их эхо. Измеренное расстояние до объекта пропорционально ширине эха (Echo) и может быть рассчитано по формуле, приведённой на графике выше.

  Датчик отправляет ультразвуковые импульсы и слушает эхо. На вход Trig датчика подаем импульс высокого уровня длительностью 10–15 микросекунд. Датчик отправляет ультразвуковой сигнал «chirp» из восьми коротких импульсов частотой выше предела диапазон слуха человека. Электроника датчика знает скорость звука в воздухе. Измеряя время между отправленным и принятым ультразвуком, ультразвуковой датчик HC-SR04 формирует выходной сигнал. Этот принцип эхолокации используют дельфины и летучие мыши. Спустя примерно микросекунду ультразвуковой датчик HC-SR04 выдает на выходе Echo импульс высокого уровня длительностью до 38 миллисекунд. Если препятствий не обнаружено, то на выходе будет сигнал с длительностью 38 мс. Таким образом, для работы с датчиком от электроники прибора требуется один цифровой управляющий выход и один вход для сигнала датчика. Длина импульса на выходе Echo пропорциональна расстоянию до препятствия. Расстояние вычисляется по формуле: S=F/58, где S – расстояние в сантиметрах, F – продолжительность импульса в микросекундах. Для взаимодействия Arduino с датчиком есть программная библиотека Ultrasonic.          

Шаг 1: На вход Trig подаётся импульс длительностью 10 микроСекунд. Для дальномера это команда начать измерение расстояния перед ним.

                Шаг 2: Устройство генерирует 8 ультразвуковых импульсов с частотой 40 кГц через выходной сенсор T.

                Шаг 3: Звуковая волна отражается от препятствия и попадает на принимающий сенсор R.

                Шаг 4: На выходе Echo формируется импульс, длительность которого прямо пропорциональна измеренному расстоянию.

                Шаг 5: На стороне управляющего контроллера переводим длительность импульса Echo в расстояние по формуле: ширина импульса(мкс) / 58 = дистанция (см).

        Ниже на рисунке приведены временные диаграммы, наглядно поясняющие перечисленные шаги.

На сигнал Trig нужно подавать короткие импульсы длительностью 10мкс. Этот импульс запускает эхо-локатор. Он уже сам генерирует пачку ультразвуковых импульсов (40кГц) для излучателя и сам ловит отраженное эхо. По времени распространения звука туда и назад датчик определяет расстояние. Нам же сам датчик на контакт Echo выдает импульс с длительностью пропорциональной расстоянию. Длительность сигнала Echo от 150мкс до 25мс. Если ответа нет, то длительность Echo около 40мс. Расстояние до объекта можно вычислить разделив длительность в микросекундах эха на 58. Получаются расстояние в сантиметрах. Максимальное расстояние, которое можно мерить судя по документации — 5 метров.
Рекомендуемый период опроса датчика 50-10мс. Диаграмма направленности датчика не очень острая — примерно градусов под тридцать.

• Действие ультразвукового дальномера HC-SR04 основано на принципе эхолокации. Он излучает звуковые импульсы в пространство и принимает отражённый от препятствия сигнал. По времени распространения звуковой волны к препятствию и обратно определяется расстояние до объекта.
  Запуск звуковой волны начинается с подачи положительного импульса длительностью не менее 10 микросекунд на ножку TRIG дальномера. Как только импульс заканчивается, дальномер излучает в пространство перед собой пачку звуковых импульсов частотой 40 кГц. В это же время запускается алгоритм определения времени задержки отражённого сигнала, а на ножке ECHO дальномера появляется логическая единица. Как только датчик улавливает отражённый сигнал, на выводе ECHO появляется логический ноль. По длительности этого сигнала («Задержка эхо» на рисунке) определяется расстояние до объекта.
  Диапазон измерения расстояния дальномера HC-SR04 — до 4 метров с разрешением 0,3 см. Угол наблюдения — 30 градусов, эффективный угол — 15 градусов. Ток потребления в режиме ожидания 2 мА, при работе — 15 мА.
• Запуск звуковой волны начинается с подачи положительного импульса длительностью не менее 10 микросекунд на ножку TRIG дальномера. Как только импульс заканчивается, дальномер излучает в пространство перед собой пачку звуковых импульсов частотой 40 кГц. В это же время запускается алгоритм определения времени задержки отражённого сигнала, а на ножке ECHO дальномера появляется логическая единица. Как только датчик улавливает отражённый сигнал, на выводе ECHO появляется логический ноль. По длительности этого сигнала («Задержка эхо» на рисунке) определяется расстояние до объекта.
  Диапазон измерения расстояния дальномера HC-SR04 — до 4 метров с разрешением 0,3 см. Угол наблюдения — 30 градусов, эффективный угол — 15 градусов. Ток потребления в режиме ожидания 2 мА, при работе — 15 мА.
• 

Рис. 40. Пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь: А — входное напряжение приводит к изгибу элемента, что вызывает генерацию ультразвуковых волн. И наоборот, в результате воздействия волн на выходе преобразователя появляется напряжение; Б — ультразвуковой преобразователь с открытой апертурой для работы в воздухе

• Подробнее: https://www.kakprosto.ru/kak-918792-kak-podklyuchit-ultrazvukovoy-dalnomer-hc-sr04-k-arduino#ixzz4PeP45Mxx
• Контакты, по порядку слева направо, с лицевой стороны:
  • Vcc – питание 5В
  • Trig – вход
  • Echo – выход
  • Gnd –земля

  Процесс работы:

  • Подключаем датчик к питанию и к управляющему устройству
  • Посылаем на вход дальномера (Trig) сигнал длительностью 10мкс (или чуть больше, он срабатывает с 10мкс)
  • Динамик датчика издает 8 сигналов частотой 40кГц, и микрофон получает их эхо (или не получает)
  • Датчик подает на свой выход (Echo) сигнал длительностью соответствующей расстоянию до препятствия: 150мкс (при 2см до препятствия) – 25мс (при 4м до препятствия) и 38мс при отсутствии преграды. На заметку: звук проходит расстояние 4см (2см от динамика до препятствия и 2см обратно до микрофона) за 0.04м / 335м/с = 0,000119с=119мкс и 8м за 8м / 335м/с = 0,023881с = 23,881мс.

  Какое время проходит от срабатывания датчика по входному сигналу до начала пункта 3 и от начала пункта 3 до начала пункта 4 нигде не сказано – это скоро будет выяснено мной опытным путём.

  Для расчета расстояния до препятствия используются следующие формулы:

  • Длина выходного импульса в микросекундах / 58 = расстояние в сантиметрах
  • Длина выходного импульса в микросекундах / 148 = расстояние в дюймах

Схема модуля HC-SR04 имеет 2 преобразователя ультрозвуковых сигналов в электрические сигналы малой мощности, один TCT40-16T — (T — Transmiter на схеме обозначен как Emit MK2 смотри схему) предназначен для передачи (эмиссии) ультразвуковых волн в окружаюшее пространство а второй TCT40-16R (R — Receive на схеме обозначен как Receive  MK1 смотри схему) для приема отраженных ультрозвуковых волн от предметов окружающего мира.

Для передачи ультразвуковых волн требуется относительно высокое напряжение. Микросхема MAX232 (обозначение на плате — U3 смотри схему)   усиливает  5 вольт входного питающего напряжения до +/- 9-10 вольт. Микросхема MAX232 подключается между двумя выходами ( T OUT1 — вывод 14 и T OUT2 вывод 7 смотри схему) , так что на самом деле амплитуда значения напряжения импульсов подающихся на ультрозвуковой передатчик достигает до 20 вольт. Питание подается на микросхему MAX232 через транзистор Q2 (в новой схеме отсутствует и питание подается напрямую на вход 16 микросхемы и в этом случае отключения микроконтроллером не происходит) некоторое время до и во время излучения импульса , так как внутреннее переключение заряда создает избыточный  шум на приемной стороне модуля. Когда модуль  переходит в режим приема на микросхеме MAX232 отключается питание выходом 10 — Signal микроконтроллера EM78P153S (EM78P153S китайский микроконтроллер работает на частоте  < 27 МГц .

Прием и выделение электрических импульсов поступающих с преобразователя ультразвуковых  сигналов TCT40-16R  осуществляется   микросхемой  LM324 (обозначение на плате — U1 смотри схему)  , который содержит 4 операционных усилителя. Операционный усилитель U2D (смотри схему) усиливает сигнал в 6 раз. Операционный усилитель U2C имея обратную связь (1 — го порядка) является полосовым фильтром , затем операционный усилитель U2B усиливает входной сигнал еще 8 раз. Последний операционный усилитель U2A используется вместе с Q1 в качестве гистерезиса компаратора где происходит выделение прямоугольных импульсов и аналогового входного сигнала. Я моделировал фильтр в PSpice и не центрирована 40KHz , как это должно быть , но вместо этого он имеет пик 18kHz. Изменяя только два резистора (R13 до 2K2 и R11 до 18К) отклик фильтра смещается на частоту пульса , и это значительно повышает чувствительность обнаружения.

МИКРОКОНТРОЛЛЕР ESP-8266 И УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК HC-SR04

Переделка ультразвукового датчика HC-SR04

 

 

 

Рис. 4 Ультразвуковой излучатель/приемник  TCT40-16R/T (стоимость вместе с внутренним микроконтроллером и микросхемами усиления сигнала < $1 )

Рис. 5 Пространственная диаграмма излучения ультразвукового излучателя/приемника  TCT40-16R/T (если бы мы видели ультразвук, то так бы мы видели распространение ультразвуковых волн в пространстве)

Характеристики ультразвукового излучателя/приемника  TCT40-16R/T

1. Model: TCT40-16R/T (16 мм в диаметре)
2. Номинальная частота (Кгц): 40 КГц
3. Излучение At10v звукового давления (дб = 0.02mPa): ≥ 117dB
4. чувствительность Приемника at40KHz (дб = V/ubar): ≥-65dB
5. Электростатический потенциал at1KHz, < 1 В (PF): 2000 ± 30%

Ультразвуковые преобразователи справка 1

Ультразвуковые преобразователи справка 2

ПРИМЕНЕНИЕ

Эхолот. Рубрика «Как это работает?»

 

Ультразвуковые датчики Murata

---

 

 

Датчики, предназначенные для автоматов парковки, имеют высокую чувствительность: при резонансной частоте, равной 40 кГц. Дальность действия датчика достигает 1,5 метров при разрешающей способности 9 мм. Выпускаются датчики с различной диаграммой направленности, как симметричной (круговой), так и не симметричной (овальной).

Подключение к Arduino

Если вы планируете использовать ультразвуковой дальномер HC-SR04  с Arduino вы можете воспользоваться существующими библиотеками:

Распиновка:

• Vcc — положительный вывод питания
• TRIG — вход TRIG
• ECHO — выход ECHO
• GND — ноль питания

На выводы питания подается постоянное напряжение 5 В, потребляемый ток в рабочем режиме около 15 мА.

Вход TRIG подключается к любому выводу микроконтроллера. На этот вывод нужно подавать импульсный цифровой сигнал длительностью 10 мкс. По сигналу на входе TRIG датчик посылает ультразвуковые импульсы.

После приема отраженного сигнала, датчик формирует на выводе ECHO импульсный сигнал, длительность которого пропорционально расстоянию до преграды.

Контакты датчика можно соединить с макетной платой или Arduinoпроводами «мама-папа». А с Troyka Shield через провода «мама-мама».

Этот дальномер может служить прекрасным датчиком для робота, благодаря которому он сможет определять расстояния до объектов, объезжать препятствия, или строить карту помещения. Его можно также использовать в качестве датчика для сигнализации, срабатывающего при приближении объектов.

Технические характеристики

https://www.yourmestudio.com/rcw-0002-ultrasonic-ranging-module-p717.html

• Напряжение питание: 5 В
• Потребление в режиме тишины: 2 мА
• Потребление при работе: 15 мА
• Диапазон расстояний: 2–400 см
• Эффективный угол наблюдения: 15°
• Рабочий угол наблюдения: 30°

Описание продукта:

ТК T 40-16 т/r 1

• (Tc): piezoceramics Ультразвуковой датчик

• (T): Категория t-общность

• (40): Центральная частота (кгц)

• (16): наружный диаметр? (мм)

• (T): использование режим: излучатель; r-приемник; tr-совместимость излучатель и приемник

• (1): ID — 1,2, 3…

Тестирования цепи

• 1 синусоидальный генератор 1 охватил сигнала Генератор
• 2 cymometer 2 Частотомер
• 3 стандартных динамик 3 вольтметр
• 4 Получить модель датчика 4 излучают модель датчика
• 5 осциллографа 5 Стандартный микрофон
• 6 аудио частотные характеристики Дисплей прибора

Производительность продукта
1). Номинальная частота (кГц): 40 кГц
2). излучать звук pressureat10V (= 0.02Mpa):? 117dB
3). Прием Чувствительность приемника at40KHz (дБ = v/ubar):?-65dB
4). Электростатический потенциал at1KHz, <1 В (PF): 2000 +/-30%
5). Диапазон обнаружения (м): 0.2 ~ 20
6).-6дБ угол направления: 80o
7). Обшивка материал: алюминий
8). Обшивка ЦВЕТ: серебристый

УСТРОЙСТВО

Пьезоэлемент

RCW-0012

Ультразвуковой датчик

Ultrasonic Ranging Module HC — SR04

РАЗРАБОТКА РОБОТА НА ОСНОВЕ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДАЛЬНОМЕРА

Прототип мобильного робота на Arduino mega

Проекты Altera Quartus II для платы Марсоход

Ультразвуковой дальномер HC-SR04. Подключаем к Arduino.

Урок 19. Работа с ультразвуковым датчиком расстояния HC-SR04 в BASCOM-AVR

Radar проекта

Ультразвуковой дальномер HC-SR04 подключение к Arduino

HC-SR04 Дальномер ультразвуковой

Ультразвуковой датчик HC-SR04 – дальномер на микроконтроллере

https://www.alibaba.com/product-detail/HC-SR04-Ultrasonic-Module-Distance-Measuring_1898465949.html

https://www.elecfreaks.com/store/download/product/Sensor/HC-SR04/HC-SR04_Ultrasonic_Module_User_Guide.pdf

https://arduino-kit.ru/userfiles/image/HC-SR04%20_.pdf

https://robocraft.ru/blog/arduino/770.html

Ультразвуковой датчик измерения расстояния HC-SR04

The Application of PWM Capture (Data Acquisition) and Ultrasonic Sensors

Pengetahuan Dasar Таймер Untuk Pengukuran Jarak Dengan Ультразвуковой

Запуск сервопривода с помощью датчика расстояния HC-SR04 и Arduino

https://robocraft.ru/blog/electronics/772.html

Raspi-отстойника в октябре 2014 Embedded Выпуск LinuxJournal

https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Ping

Простой искатель ультразвуковой диапазон с помощью HC-SR04

Датчик Препятствие с помощью Arduino и HCSR04

Как проверить DYP-ME007 Ультразвуковой дальномер с использованием NE555 и мультиметра

https://macduino.blogspot.ru/2013/11/HC-SR04-part1.html

Сонар для инвалидов по зрению

https://hackaday.io/project/5903/logs

https://h
ackaday.io/project/5903-sonar-for-the-visually-impaired/log/18329-ultrasonic-module-virtual-teardown

https://www.maxbotix.com/performance.htm

https://amperka.ru/product/ultrasonic-urm37

https://image.dfrobot.com/image/data/SEN0002/URM04V2.0Mannual1.1.pdf

https://people.ece.cornell.edu/land/courses/ece4760/FinalProjects/s2012/xz227_gm348/xz227_gm348/URM3.2_Mannual_Rev2.pdf

RCW-0012 Ультразвуковой Модуль Расстояние Измерительный Преобразователь Тест Модуля Индикации

https://www.farnell.com/datasheets/81163.pdf?_ga=1.169892256.1853603956.1478607467

https://chinaultrasound.en.alibaba.com/product/60268805778-800581237/40Khz_TCT40_16R_T_Air_Ultrasonic_Ceramic_Transducer_Ultrasonic_Sensor.html

https://ezoneda.company.weiku.com/item/SRF05-five-Pin-Ultrasonic-ranging-module-Ultrasonic-sensor-15404413.html

 

 

Использование ультразвукового дальномера

Пьезоэлектродвигатели

Пьезоэлектрический преобразователь как альтернативный источник энергии

Пьезоэлектрические преобразователи в ультразвуковой диагностике

Импульсные ультразвуковые сонары открытого типа

Пьезо-сенсор стука на Arduino UNO

Справочник ультразвуковых излучателей и приемников

Audiowell Electronics (Guangdong) Co, Ltd.

Pro-Wave Electronics Corporation (Тайвань)

Ultrasonic Sonar Ranging IC — PW0268

Miniature Tuning Fork Quartz Crystals

Air Ultrasonic Ceramic Transducers 320SR093

Sonar Ranging Module SRM400

400EP250 Pulse Transit Enclose Type Ultrasonic Transduce
Сеть магазинов «Кварц»

https://www.stroykat.by/tipyi-datchikov-rashoda-zhidkostey.html

mirrobo.ru

Лазерный датчик расстояния для всех поверхностей PowerUnit

Лазерный датчик расстояния для всех поверхностей. Сильные и слабые стороны узконаправленного, линейного и многоточечного измерения расстояния.

Исторически, лазерное дистанционное зондирование было возможно только для измерения расстояния в одной определенной точке. Эта технология имеет свои недостатки. Использование других методов измерения позволяет повысить точность и скорость лазерного датчика расстояния.

Лазерное измерение расстояния линией по сравнению с традиционным узконаправленным измерением

Лазерные датчики расстояния выполняют различные измерения, включая обнаружение, подсчет, измерение расстояния и длины, контроль движущихся и неподвижных объектов. Современные датчики расстояния существенно развились и имеют высокую надежность восприятия, которая раньше была невозможна. В прошлом, точечное измерение расстояния лазером было приемлемым и единственным решением, несмотря на то, что они были менее надежными. В некоторых задачах требуется измерение узконаправленным лучом для обеспечения высокой разрешающей способности, в то время как в других задачах необходимо измерение большим диаметром луча для усреднения значений шероховатых поверхностей, или для предотвращения повреждения глаз.

Точность лазерного датчика расстояния в значительной степени зависит от условий окружающей среды. Если окружающая среда пыльная или объект измерения имеет резкие движения, то точность измерения значительно ухудшается. На точность датчика влияют также температура и окружающий свет — данная проблема часто встречается лазерных датчиках уровня, т.е. при необходимости точного измерения уровня жидкости. Неточные измерения иногда могут возникать и из-за цвета поверхности измеряемого объекта. Объекты с поверхностью белого и черного цвета наиболее сложные для узконаправленного лазерного измерения.

Преимущества лазерного измерения расстояния линией

Использование измерения расстояния лазерными линиями обеспечивает много преимуществ, в том числе:

• Очень высокая скорость измерения
• Большая площадь измерения
• Высокопроизводительный блок обработки сигналов
• Триггер и синхронизация датчиков

Лазерные линейные сенсоры триангуляции могут быть использованы для построения двумерных профилей, а когда объект находится в движении, датчик строит трехмерное изображение объекта. Система проецирует лазерную линию на измеряемый объект / поверхность цели. Измерение расстояний лазерными линиями являются точными и надежными, независимо от поверхности. Устаревшие системы уступают место более надежным лазерным решения для работы в сложных средах.

Широкие функциональные возможности и дополнительные опции позволяют применять лазерный датчик расстояния для широкого круга задач, но большой модельный ряд и обилие производителей вводит пользователей в затруднение. Более того, кроме технических характеристик, важным параметром часто выступает цена и наличие датчика расстояния в России или регионе пользователя.

Для получения консультации или помощи в выборе лазерного датчика расстояния обратитесь к нашим менеджерам по телефону (812) 408-19-18 или e-mail [email protected]

Лазерный датчик расстояния до 1м

№	Производитель	Модель	Максимальное расстояние Измерения	Разрешение	Выходной сигнал	Время измерения
1	Balluff	BOD 6K	0,08 м	—		1 мс
2	Balluff	BOD 18KF	0,1 м	1 мм		1мс
3	Baumer	OADM 12	0,12 м	0,002…0,012 мм	Аналоговый	0,9 мс
4	Leuze	ODS 25	0,2 м	1 мм		5…10 мс
5	Sick	DT2	0,3 м		4…20 мА
6	Balluff	BOD 26K	0,3 м	0.08…0.2 мм		1 мс
7	Sick	OD	0,4 м		4…20 мА /PNP/NPN
8	Sick	DT10	0,5 м		4…20 мА NPN, PNP
9	Leuze	ODSL 8	0,5 м	0.01…0.1 мм		2…10 мс
10	Baumer	OADM 13	0,55 м	0,005…1,15мм	Аналоговый	0,9…2 мс
11	Sick	DT20 HI	0,6 м		4…20 мА NPN, PNP
12	Balluff	BOD 66M	0,6 м	0.5 мм		10.. 50 мс
13	Leuze	ODS 96	0,6 м	0.1 мм		2.. 100 мс
14	Baumer	OADR 20	0,6 м	0,015 … 0,67 мм	Аналоговый	0,9 мс
15	Sick	DT20	1 м		4…20 мА
16	Baumer	OADM 21	1 м	0,01 … 0,4 мм	Аналоговый	0,9 мс
17	Baumer	OADM 20	1 м	0,2 … 2,5 мм	Аналоговый	0,9 мс

Лазерный датчик расстояния до 10м

№	Производитель	Модель	Максимальное расстояние Работы	Выходной сигнал	Время измерения
1	Sick	DS30	2 м	NPN, PNP
2	Sick	DT200	2 м	4…20 мА
3	Sick	WTA24	3 м	4…20 мА, PNP
4	Sick	DS40	5 м	NPN, PNP
5	Omron	E3JK	5 м	NPN, PNP	1 мс
6	Balluff	BOD 63M	6 м		10 мс
7	Omron	E3JM	10 м	NPN, PNP	1 мс
8	Omron	E3G	10 м	NPN, PNP	1 мс
9	Omron	E3F2	10 м	NPN, PNP	1 мс

Лазерный датчик расстояния до 100м

№	Производитель	Модель	Максимальный диапазон работы	Разрешение	Выходной сигнал	Время измерения
1	Omron	E3ZM	15 м		NPN, PNP	1 мс
2	Omron	E3FZ/E3FR	15 м		NPN, PNP	1 мс
3	Sick	DS60	20 м		2 х NPN, 2 х PNP
4	Balluff	BOD 66M	20 м	5 мм		10…50 мс
5	Leuze	ODSL 96	20 м	1 мм		2…100 мс
6	Sick	DL60	24 м		4…20 мА, PNP, NPN
7	Sick	DS500	30 м		NPN, PNP
8	Sick	DT500	30 м		0/4…20 мА, RS 422 Can bus
9	Leuze	ODSL 30	30 м	0.1/1 мм		30…100 мс
10	Dimetix	EDS-C	30 м		Profibus, SSI	3 Гц
11	Omron	E3Z	30 м		NPN, PNP	1 мс
12	Leuze	ODS 96	50 м	0.1…1 мм		2…100 мс
13	TR Electronic	LLB-65	65 м	0,1мм	Аналоговый Modbus, Profibus, SSI
14	IFM	O1D100	100 м			20 мс
15	Astech	LDM41	100 м	0,1мм	Аналоговый Modbus, Profibus, Ethernet

Лазерный датчик расстояния от 100м до 3км

№	Производитель	Модель	Максимальный диапазон измерения	Разрешение	Выходной сигнал	Частота измерения
1	Sick	DME4000	130 м		SSI, Profibus, RS422, DeviceNet, Hiperface
2	Sick	DME2000	130 м		0/4…20 мА, RS232
3	Dimetix	DLS-C	150 м		RS-232 / RS-422 Profibus, SSI	6 Гц
4	Sick	DMT	155 м		4…20 мА, Profibus, RS 232, RS 422/RS 232
5	Sick	DMT10-2	155 м		4…20 мА, Profibus, RS 232, RS 422/RS 232
6	Leuze	AMS 200	200 м	0.3..0.7 мм		10 Гц
7	Sick	DMD	240 м		Profibus, Interbus, SSI
8	TR Electronic	LE-200	240 м	0,1мм	Аналоговый Modbus, Profibus, SSI
9	Sick	DME5000	300 м		SSI, Profibus, RS422, DeviceNet
10	Sick	DME3000	500 м		SSI, Profibus, RS422
11	Astech	LDM51	500 м	0,1мм	Аналоговый, релейный, RS232 / RS422 / RS485, Modbus, Profibus, Ethernet
12	TR Electronic	LLB-500	500 м	0,1мм	Аналоговый Modbus, Profibus, SSI
13	Dimetix	FLS-C	500 м		RS-232 / RS-422 Profibus, SSI	200 Гц
14	Sick	DML	1100 м		4…20 мА, Profibus, RS 232, RS422/RS232
15	Astech	LDM301	3000 м	1мм	Аналоговый, релейный, RS232 / RS422, Modbus, Profibus, Ethernet

С этой страницей часто просматривают

p-unit.ru

Оптический датчик расстояния : Indstore

Оптические датчики расстояния

• Задача: Измерение длины оптическим датчиком расстояния
  
• Измеряемый параметр: расстояние, дистанция.

Заводам и производственным компанию ежедневно приходится бороться за конкурентоспособность своей продукции. Для оптимизации и повышения общей эффективности производства компании совершенствуют технологические процессы.

Повышение технологичности требует от датчиков того или иного процесса все большей скорости, точности, продолжительной и безотказной работы.

Одним из самых популярных датчиков современного производственного процесса является оптический датчик расстояния. Лазерные датчики расстояния – это оптоэлектронное устройство для определения дистанции до того или иного объекта. Бесконтактное измерение расстояния имеет несчетное количество применений. Например, датчик расстояния оптический используют для определения габаритов (толщины, высоты, длины, ширины), контроля минимального или максимального расстояния, позиционирования, уровня наполнения или опорожнения резервуара и т. д.

Промышленный оптический дальномер работает по одному из двух основных принципов:

1.  Принцип измерения времени пролета луча. Т.е. лазерный диод датчика излучает импульсы, которые отражаются от цели (объекта измерения) и затем улавливаются фотоприемником того же датчика. Измерив время между моментом излучения импульса и моментом его «возврата», электроника вычисляет расстояние до объекта.
2. Принцип триангуляции. Излученный свет датчиком отражается объектом и затем «возвращается» в фотоприемник датчика. Методом определения разности фаз посылаемых и принимаемых сигналов вычисляется расстояние. Данный метод также называют фазовым методом измерения.

В зависимости от принципа измерения датчики различаются по сфере применения. Так например, триангуляционный лазерный датчик позволяет производить измерения с точностью до единиц миллиметров и коротким временем измерения (всего несколько миллисекунд), в то время как принцип измерения времени пролета луча позволяет производить измерения на расстояниях превышающих несколько тысяч метров, но точность составит несколько сантиметров.

Выбирая промышленный лазерный дальномер необходимо также обратить внимание на производителя, диапазон измерения, разрешение или точность измерения, время или частота измерения, тип выходного сигнала, напряжение питания, температурный режим эксплуатации.

Современные широкоизвестные производители лазерного датчика расстояния: Baumer, IFM, Leuze, Astech, Micro-Epsilon, Balluff, Datalogic, Omron, Dimetix, TR Electronic, Sick, Sensopart, Di-soric, Pepperl-Fuchs.

Опираясь на опыт успешно реализованных проектов и многолетний опыт продаж оптоэлектронных устройств, специалисты нашей компании готовы оказать техническую поддержку и консультацию по выбору датчика бесконтактного измерения, или подобрать аналог снятой с производства модели. Для заказа и покупки датчика просим Вас связаться с нами по электронной почте [email protected] или по одному из телефонов: Санкт-Петербург (812) 309-05-12 , Москва +7 (499) 703-20-73, Екатеринбург +7 (343) 236-63-20.

Наиболее популярные модели лазерных датчиков расстояния , позволяющие решить большинство задач:

Лазерный датчик расстояния до 1м

№	Производитель	Модель	Максимальное расстояние Измерения	Разрешение	Выходной сигнал	Время измерения
1	Balluff	BOD 6K	0,08 м	–		1 мс
2	Balluff	BOD 18KF	0,1 м	1 мм		1мс
3	Baumer	OADM 12	0,12 м	0,002…0,012 мм	Аналоговый	0,9 мс
4	Leuze	ODS 25	0,2 м	1 мм		5…10 мс
5	Sick	DT2	0,3 м		4…20 мА
6	Balluff	BOD 26K	0,3 м	0.08…0.2 мм		1 мс
7	Sick	OD	0,4 м		4…20 мА /PNP/NPN
8	Sick	DT10	0,5 м		4…20 мА NPN, PNP
9	Leuze	ODSL 8	0,5 м	0.01…0.1 мм		2…10 мс
10	Baumer	OADM 13	0,55 м	0,005…1,15мм	Аналоговый	0,9…2 мс
11	Sick	DT20 HI	0,6 м		4…20 мА NPN, PNP
12	Balluff	BOD 66M	0,6 м	0.5 мм		10.. 50 мс
13	Leuze	ODS 96	0,6 м	0.1 мм		2.. 100 мс
14	Baumer	OADR 20	0,6 м	0,015 … 0,67 мм	Аналоговый	0,9 мс
15	Sick	DT20	1 м		4…20 мА
16	Baumer	OADM 21	1 м	0,01 … 0,4 мм	Аналоговый	0,9 мс
17	Baumer	OADM 20	1 м	0,2 … 2,5 мм	Аналоговый	0,9 мс

Лазерный датчик расстояния до 10м

№	Производитель	Модель	Максимальное расстояние Работы	Выходной сигнал	Время измерения
1	Sick	DS30	2 м	NPN, PNP
2	Sick	DT200	2 м	4…20 мА
3	Sick	WTA24	3 м	4…20 мА, PNP
4	Sick	DS40	5 м	NPN, PNP
5	Omron	E3JK	5 м	NPN, PNP	1 мс
6	Balluff	BOD 63M	6 м		10 мс
7	Omron	E3JM	10 м	NPN, PNP	1 мс
8	Omron	E3G	10 м	NPN, PNP	1 мс
9	Omron	E3F2	10 м	NPN, PNP	1 мс

Лазерный датчик расстояния до 100м

№	Производитель	Модель	Максимальный диапазон работы	Разрешение	Выходной сигнал	Время измерения
1	Omron	E3ZM	15 м		NPN, PNP	1 мс
2	Omron	E3FZ/E3FR	15 м		NPN, PNP	1 мс
3	Sick	DS60	20 м		2 х NPN, 2 х PNP
4	Balluff	BOD 66M	20 м	5 мм		10…50 мс
5	Leuze	ODSL 96	20 м	1 мм		2…100 мс
6	Sick	DL60	24 м		4…20 мА, PNP, NPN
7	Sick	DS500	30 м		NPN, PNP
8	Sick	DT500	30 м		0/4…20 мА, RS 422 Can bus
9	Leuze	ODSL 30	30 м	0.1/1 мм		30…100 мс
10	Dimetix	EDS-C	30 м		Profibus, SSI	3 Гц
11	Omron	E3Z	30 м		NPN, PNP	1 мс
12	Leuze	ODS 96	50 м	0.1…1 мм		2…100 мс
13	TR Electronic	LLB-65	65 м	0,1мм	Аналоговый Modbus, Profibus, SSI
14	IFM	O1D100	100 м			20 мс
15	Astech	LDM41	100 м	0,1мм	Аналоговый Modbus, Profibus, Ethernet

Лазерный датчик расстояния от 100м до 3км

№	Производитель	Модель	Максимальный диапазон измерения	Разрешение	Выходной сигнал	Частота измерения
1	Sick	DME4000	130 м		SSI, Profibus, RS422, DeviceNet, Hiperface
2	Sick	DME2000	130 м		0/4…20 мА, RS232
3	Dimetix	DLS-C	150 м		RS-232 / RS-422 Profibus, SSI	6 Гц
4	Sick	DMT	155 м		4…20 мА, Profibus, RS 232, RS 422/RS 232
5	Sick	DMT10-2	155 м		4…20 мА, Profibus, RS 232, RS 422/RS 232
6	Leuze	AMS 200	200 м	0.3..0.7 мм		10 Гц
7	Sick	DMD	240 м		Profibus, Interbus, SSI
8	TR Electronic	LE-200	240 м	0,1мм	Аналоговый Modbus, Profibus, SSI
9	Sick	DME5000	300 м		SSI, Profibus, RS422, DeviceNet
10	Sick	DME3000	500 м		SSI, Profibus, RS422
11	Astech	LDM51	500 м	0,1мм	Аналоговый, релейный, RS232 / RS422 / RS485, Modbus, Profibus, Ethernet
12	TR Electronic	LLB-500	500 м	0,1мм	Аналоговый Modbus, Profibus, SSI
13	Dimetix	FLS-C	500 м		RS-232 / RS-422 Profibus, SSI	200 Гц
14	Sick	DML	1100 м		4…20 мА, Profibus, RS 232, RS422/RS232
15	Astech	LDM301	3000 м	1мм	Аналоговый, релейный, RS232 / RS422, Modbus, Profibus, Ethernet

www.indstore.ru

Датчик расстояния оптоэлектронный. Дальность:40-300мм; аналоговый; 22мА

Датчик расстояния оптоэлектронный SHARP GP2Y0A21YK0F Analog Distance Sensor

• Минимальная зависимость от цвета отражающих объектов
• Расстояние обнаружения: 40-300 мм

Бесконтактный датчик для измерения расстояния. Его принцип работы состоит в анализе отраженного инфракрасного излучения светодиода датчика от окружающих предметов. Предназначен для установки в механических приборах для определения расстояния до подвижных деталей конструкции. Оптоэлектронный датчик расстояния Sharp GP2Y0A21YK0F удобно использовать в робототехнических проектах на основе Arduino. Подвижные моторизованные платформы, оснащенные такими датчиками, приобретают примитивный аналог зрения. При упрощенной электрической схеме обработки сигнала это отличный способ предотвратить столкновение с препятствием.

Характеристики

Напряжение питания
Номинальное 4,5…5,5 В
Предельное -0,3…+7 В
Ток потребления – 30 мА
Измеряемое расстояние 0,1–0,8 м
Выходной сигнал – аналоговый
Размеры 29,5 Х 13Х 13,5 мм
Температура окружающего воздуха
во время работы -10…60 ℃
хранения -40…70 ℃

Электроника и конструкция датчика

В пластмассовом корпусе датчика находятся ИК светодиод и приемник, представляющий собой матрицу светочувствительных элементов, закрытых линзой. Корпус имеет два отверстия для винтового крепления. Оптика светодиода создает узкий луч. Электроника датчика Sharp GP2Y0A21YK0F преобразует сигналы матрицы ИК-приемника в один аналоговый сигнал. На корпусе датчика расположена вилка соединителя Japan Solderless Terminal (JST) тип S3B-PH, имеющая 3 контакта.

Подключение

Для подключения датчика расстояния используют жгут из трех проводов. Подключение можно сделать через фирменный жгут 3-Pin Female JST PH-Style Cable имеющий розетку JST. В этом случае цветовая маркировка проводов будет соответствовать сигналам: красный – питание, черный – общий, белый – выходной сигнал.
Если расположить датчик Sharp GP2Y0A21YK0F так, чтобы взгляд падал на соединитель и фотоэлементами от себя, то назначение контактов будет таким.

Принцип работы

Датчик фиксирует отражение от объекта луча светодиода на удалении не более 0,8 м. Объекты находящиеся дальше датчик расстояния Sharp GP2Y0A21YK0F “не видит”. “Угол зрения” можно представить в виде конуса с диаметром в средней части около 0,16 м. Излучение отражается под углом и возвращается на воспринимающий элемент датчика. Чем дальше объект, тем острее угол. Принцип работы заключается в облучении разных участков матрицы при различных углах отражения. В зависимости от облучаемых участков выходной аналоговый сигнал принимает ту или иную величину.

Нелинейность выходного сигнала

При отсутствии препятствия минимальное напряжение выходного сигнала около 0,5 В. Чем ближе находится препятствие, тем выше напряжение на выходе. При приближении датчика к препятствию на расстояние от 0,8 до 0,4 м напряжение выхода возрастает почти линейно до величины 1,5 В. Дальнейшее сближение вызывает увеличение скорости нарастания напряжения выхода и на расстоянии от 10 см до 4 см возрастает уже от 2,3 до 3,2 В. Здесь сближение на 6 см увеличило выход на 0,9 В. При дальнейшем сближении закономерность нарушается и происходит снижение напряжения выхода.
Обработка данных требует представления их в виде расстояния, а не напряжения выхода. Для точного измерения расстояния обработка должна учитывать закономерность связывающую расстояние и выходной уровень. Программно нелинейность выходного сигнала корректируется с помощью таблицы или путем преобразования значения напряжения в расстояние по формуле. У разных экземпляров Sharp GP2Y0A21YK0F кривая отличается незначительно.

Установка

Если дистанция до объекта меньше 0,1 м данные датчика нельзя обработать, рядом расположенное препятствие покажется далеким. Одному значению выходного напряжения соответствуют два расстояния: очень близкое и далекое. Самый лучший способ избавиться от этого недостатка – установка датчика на расстоянии 10 см и более от переднего края, защищаемого от столкновения. При установке на движущуюся роботизированную платформу, датчик Sharp GP2Y0A21YK0F, защищающий от столкновения при движении вперед, располагается на расстоянии 10 см от переднего края робота, а датчик, для движения назад в 10 см от заднего края.
Для полноты информации датчик можно превратить в радар, сканер. Рекомендуется установка на механический привод, поворачивающий датчик на угол для сканирования окрестностей. Если одновременно с получением данных от датчика знать его угол поворота, то можно выйти на новый уровень прибора “зрения”. Более надежная защита от столкновения потребует применение двух датчиков, направленных перекрестно.

Обработка сигнала

Простейший случай использования датчика в качестве бампера без определения дистанции потребует на выходе датчика электронной схемы порогового элемента или установки компаратора. Схема должна иметь два выходных состояния: логический 0 или 1. При критическом сближении напряжение на выходе датчика возрастает выше пороговой величины и логический уровень на выходе компаратора меняется с единицы на нуль, электродвигатель отключается.
Определение расстояния требует применения микроконтроллера с АЦП “на борту” и разработки программы. Если соблюдать правила установки, изложенные выше, то опорное напряжение АЦП должно быть 2,56 В. Для точного измерения дистанции напряжение питания 5 В датчика Sharp GP2Y0A21YK0F и опорное напряжение АЦП должны поддерживаться с высокой точностью и должны быть очищенными от шумов. АЦП МК оцифровывает аналоговый сигнал, программа обработки забирает полученные данные из регистров АЦП.

Математика и программирование

После оцифровки данных необходимо линеаризовать значения, другими словами превратить кривую зависимости напряжение/расстояние в прямую. Практически для этого каждое получаемое значение необходимо преобразовать по формуле. На основании данных преобразование следует проводить по формуле:

V=1/(R+k) где:
 V – результат АЦП преобразования,
 R – расстояние,
 k – константа. Для предыдущей модификации датчика Sharp GP2Y0A21YK0F ее значение 0,42.

Операция деления выпрямляет зависимость. Значение константы может быть применено и для других моделей датчиков. Для хорошей функции преобразования необходимо экспериментальным путем определить константу k. Заключенные в МК математика и программирование состоят в линеаризации характеристики датчика на первом этапе обработки сигнала. Для 10-битного преобразования АЦП после подбора константы для предыдущей модели датчика формула для опорного напряжения 2.56 вольт будет выглядеть так:

R=5222/(V-13)

Здесь 5222 и 13 константы, их лучше уточнить экспериментально.
В программе вычисляется расстояния по полученной формуле.

Техническая документация

arduino-kit.ru