Ultraäänisensorit

Ultraäänisensorit ovat antureita, jotka käyttävät ultraääniaaltoja kohteiden ja ilmiöiden mittaamiseen. Ne koostuvat usein lähettimestä ja vastaanottimesta, yleensä piezoelektrisistä transduktoreista, jotka muuntavat sähköenergian mekaanisiksi ääniaalloiksi ja takaisin. Pulssi lähetetään ympäristöön, heijastuu kohteesta ja vastaanotin rekisteröi paluulähettypulsin. Aikaviiveen perusteella voidaan laskea etäisyys, tilavuus tai rakenteen ominaisuudet; äänen nopeus määrittää tuloksen riippuen väliaineesta, esimerkiksi ilmassa noin 343 m/s, nesteissä suurempi ja kiinteissä aineissa vielä suurempi.

Toimintaperiaate ja tyypit: Yleisimmät mittausmenetelmät ovat time-of-flight (TOF) -periaate ja Doppler-ilmiön hyödyntäminen. TOF-mittauksessa etäisyys lasketaan kaavalla etäisyys = nopeus × aika / 2. Doppleria käytetään kohteen liikkeen mittaamiseen. Sensorit voivat olla ei-kosketuksella toimivia (etäisyys- ja tasomittaus) sekä kosketuksella kosketuksiin tulevia sovelluksia varten. Taajuudet vaihtelevat 20 kHz–1 MHz: matalammat taajuudet mahdollistavat pidemmän kantaman, korkeammat paremman resoluution. Yleisesti käytetään noin 40 kHz:n tasoa etäisyysmittauksessa ilmaan, kun taas teollisissa ja lääketieteellisissä sovelluksissa käytetään korkeampia taajuuksia.

Sovellukset: Keskeisiä sovelluksia ovat esteiden havaitseminen ja etäisyyden mittaus robotiikassa, neste- ja kiinteäpintojen tasojen sekä prosessimittauksen teollisuudessa, sekä ajoneuvojen pysäytys- ja ympäristöanturit. Lääketieteessä ultraäänitekniikkaa käytetään kuvantamiseen ja kudos- sekä verenliikkeen havainnointiin. Lisäksi mittausmenetelmiä sovelletaan virtausmittauksiin ja materiaalitutkimukseen.

Rajoitteet ja kehityssuuntaukset: Suorituskyky riippuu väliaineesta ja kohteen ominaisuuksista; heijastumisen puute, melu ja ympäristön olosuhteet voivat heikentää mittausta. Kalibrointi ja ympäristön lämpötilavaihtelut voivat vaikuttaa tuloksiin. Kehitys suuntautuu pienempiin, monikanavaisiin ja beamforming-kykyisiin järjestelmiin sekä parempaan tarkkuuteen ja monipuolisiin sovelluksiin, kuten automaatioon ja laadunvalvontaan.