ЖУРНАЛ «СТА» №4/2003

48 СТА 4/2003 www.cta.ru Эта статья является продолжением статьи с тем же названием, опублико- ванной в «СТА» 1’2003. П РИНЦИПЫ РАБОТЫ В данной статье описаны методы из- мерения расстояния посредством уль- тразвуковых датчиков, основанные на принципе измерения времени про- хождения сигнала. При этом обработка от- ражённого от объекта си- гнала производится в той же точке, что и излучение. Как говорилось в преды- дущей статье, такой метод относится к методам не- посредственного обнару- жения. В момент времени T 0 (рис. 1) ультразвуковой передатчик излучает сиг- нал — пачку импульсов продолжительностью Δ t , которая распространяется в окружающей среде со скоростью звука C . Когда сигнал достигает объекта, часть сигнала отражается и приходит в приёмник в мо- мент времени T 1 . Элек- тронная схема устройства обработки сигнала определяет расстоя- ние до объекта, измеряя время T 1 – T 0 . Для измерений расстояния может применяться как схема, использую- щая одну и ту же головку датчика для излучения и приёма, так и схема, в ко- торой излучение и приём производят две разные головки. Измерительная схема с одной головкой Схема с одной головкой имеет су- щественный недостаток, который со- стоит в том, что после излучения пач- ки импульсов должно пройти некото- рое время, прежде чем мембрана излу- чателя успокоится и сможет работать на приём. Этот интервал называется «мёртвым» временем датчика. Наличие «мёртвого» времени при- водит к тому, что ультразвуковые из- мерители расстояния с одной го- ловкой имеют так называемую «сле- пую» зону, то есть, когда объект нахо- дится слишком близко, отражённая пачка приходит в измеритель так ско- ро, что он не успевает перестроиться с передачи на приём и объект не может быть обнаружен. Длительность переходных процес- сов излучателяприёмника зависит от многих факторов, таких как суммар- ная колеблющаяся масса, внутреннее затухание сигнала, развязывающий материал и особенности механичес- кой конструкции датчика. Так, напри- мер, граница «слепой» зоны для ульт- развуковых датчиков фирмы Pepperl+ Fuchs традиционных конструкций с зонами реагирования 1 м и 6 м равня- ется 0,2 м и 0,8 м. Это соответствует «мёртвому» времени 1 мс и 5 мс. Функциональная схема датчика не- посредственного обнаружения приве- дена на рис. 2. Пусковым импульсом активизиру- ется схема возбуждения излучателя, которая вырабатывает серию импуль- сов с амплитудой 250 В. Тем же пуско- вым импульсом блокируется вход уси- лителя приёмника. После выключе- ния излучателя приёмник разблокиру- ется. Восстановление приёмника за- нимает 300 мкс, то есть намного мень- ше, чем успокоение излучателя, по- этому параметры приёмника никак не влияют на величину «слепой» зоны. Когда объект с достаточной отража- тельной способностью находится в зо- не контроля, отраженный акустичес- кий сигнал возбуждает на мембране высокочастотное переменное напря- жение. Это напряжение обрабатыва- ется методами обнаружения аналого- вых сигналов — ограничивается, уси- ливается, детектируется и поступает на компаратор. Превышение этим на- пряжением заданного значения поро- га обнаружения служит сигналом о на- личии объекта в зоне контроля. Элек- В ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРА Ультразвуковые датчики для систем управления Виктор Жданкин « » U 0 1 Δ t t Рис. 1. Сигнал на чувствительном элементе УЗ-датчика измерительной схемы с одной головкой Рис. 2. Блок-схема ультразвукового датчика с совмещёнными излучателем и приёмником Приёмный тракт Усилитель передатчика Блок обработки сигнала Выходные каскады Импульс запуска К вторичным устройствам Ультразвуковой преобразователь Эхо- сигнал Новые модели УЗ-датчиков