Уз датчик. Ультразвуковые датчики: принцип работы, типы, применение в робототехнике и других сферах

alexxlabДатчик
Как работают ультразвуковые датчики расстояния. Какие бывают типы ультразвуковых датчиков. Где применяются ультразвуковые датчики в робототехнике. Какие еще сферы применения есть у ультразвуковых датчиков.

Содержание

Принцип работы ультразвукового датчика расстояния

Ультразвуковой датчик расстояния работает по принципу эхолокации. Его основные компоненты:

  • Излучатель ультразвуковых волн
  • Приемник отраженных волн
  • Электронная схема для обработки сигналов

Процесс измерения расстояния происходит следующим образом:

  1. Излучатель генерирует короткий ультразвуковой импульс
  2. Звуковая волна отражается от объекта
  3. Отраженная волна улавливается приемником
  4. Электронная схема измеряет время между отправкой и приемом сигнала
  5. Расстояние рассчитывается по формуле: R = tV/2, где R — расстояние, t — время, V — скорость звука

Максимальная дальность измерения обычно составляет около 8 метров. Точность зависит от свойств отражающей поверхности — чем она тверже и ровнее, тем точнее измерение.


Типы ультразвуковых излучателей

В ультразвуковых датчиках применяются два основных типа излучателей:

Магнитострикционные излучатели

Принцип работы основан на изменении размеров ферромагнетика в переменном магнитном поле. Преимущества:

  • Долгий срок службы (более 10000 часов)
  • Высокий КПД (до 80%)

Недостатки:

  • Сложная конструкция
  • Требуют водяного охлаждения

Пьезоэлектрические излучатели

Работают за счет изменения размеров пьезоэлектрической мембраны в электрическом поле. Преимущества:

  • Простая конструкция
  • Компактность
  • Малый вес
  • Возможность генерации сигналов разной частоты

Основной недостаток — относительно низкая мощность излучения.

Конструктивные особенности ультразвуковых датчиков

По конструкции различают два основных типа ультразвуковых датчиков:

Датчики с одной головкой

В таких датчиках излучатель и приемник совмещены в одном элементе. Преимущества:

  • Компактность
  • Простота конструкции

Основной недостаток — наличие «мертвого времени» после излучения импульса, когда прием невозможен.


Датчики с двумя головками

Имеют раздельные излучатель и приемник. Преимущества:

  • Отсутствие «слепой зоны»
  • Работа на любых расстояниях

Недостаток — необходимость точной настройки частот излучателя и приемника.

Применение ультразвуковых датчиков в робототехнике

Ультразвуковые датчики широко применяются в робототехнике для решения следующих задач:

  • Позиционирование робота в пространстве
  • Обнаружение препятствий
  • Построение карты окружающей среды
  • Навигация в помещениях

Преимущества использования ультразвуковых датчиков в робототехнике:

  • Низкая стоимость
  • Простота интеграции
  • Универсальность применения
  • Высокая точность в различных условиях
  • Безопасность для человека

Ультразвуковые датчики используются как в наземных, так и в подводных роботах. Для подводных роботов применяются более мощные магнитострикционные излучатели.

Другие сферы применения ультразвуковых датчиков

Помимо робототехники, ультразвуковые датчики расстояния находят применение в следующих областях:

  • Автомобильная промышленность (системы помощи при парковке)
  • Охранные системы (детекторы движения)
  • Промышленная автоматизация (контроль уровня жидкостей и сыпучих материалов)
  • Медицинская диагностика (УЗИ)
  • Подводная навигация и гидролокация

Преимущества ультразвуковых датчиков

Ультразвуковые датчики обладают рядом важных преимуществ по сравнению с другими типами сенсоров:


  • Работоспособность в условиях плохой видимости (туман, дым, пыль)
  • Нечувствительность к цвету и прозрачности объектов
  • Возможность обнаружения объектов из любых материалов
  • Устойчивость к электромагнитным помехам
  • Бесконтактное измерение
  • Широкий диапазон рабочих температур

Ограничения ультразвуковых датчиков

При всех достоинствах, ультразвуковые датчики имеют некоторые ограничения:

  • Ложные срабатывания при наличии сильных потоков воздуха
  • Трудности при обнаружении мягких звукопоглощающих материалов
  • Зависимость точности от температуры и влажности воздуха
  • Относительно низкое быстродействие по сравнению с оптическими датчиками

Перспективы развития ультразвуковых датчиков

Основные направления совершенствования ультразвуковых датчиков:

  • Повышение точности и разрешающей способности
  • Увеличение дальности действия
  • Миниатюризация
  • Снижение энергопотребления
  • Интеграция с другими типами сенсоров
  • Применение алгоритмов машинного обучения для обработки данных

Развитие технологий ультразвуковых датчиков открывает новые возможности их применения в робототехнике, промышленности и других сферах.



Ультразвуковой датчик расстояния. Принцип работы и устройство. Получение информации. Инфракрасный датчик расстояния. Датчик линии

“

Сегодня мы подключим и запрограммируем несколько типов датчиков расстояния, которые применяются в мобильной робототехнике. Начинаем.

Глоссарий

Для успешного освоения материала рекомендуем вам изучить следующие понятия:

Устройство, которое генерируют или воспринимает ультразвуковую энергию

Устройство для соединения электрических цепей между собой

Техническое средство или вещество, предназначенное для установления наличия определенной физической величины или определения ее порогового значения

Определяет расстояние по отраженному лучу в инфракрасном спектре. Результатом измерений является аналоговый сигнал, пропорциональный расстоянию до объекта

Видеолекция

Конспект

Ультразвуковой датчик

Рассмотрим ультразвуковой датчик Ping от компании Prolax:

  • обеспечивает точные бесконтактные измерения расстояния от 2 см до 3 м
  • работает от 5 Вольт
  • контролируется через 1 цифровой пин
  • способен передавать все данные при помощи одного сигнального выхода

Принцип работы датчика схож с ориентацией в пространстве летучих мышей. У него есть своего рода динамик и микрофон. При помощи динамика он посылает ультразвуковые импульсы, чтобы, вернувшись обратно к датчику, замерить длину до отражаемого объекта.

Отличие этого ультразвукового датчика от аналогичных — высокая точность измерения. У датчика есть три ножки, при помощи которых происходит подключение к данной модели. Если считать слева направо, то первая ножка — это земля, вторая — питание, третья — сигнал.

Измерение дистанции

Для измерения необходимо:

1. переводить цифровой порт в режим записи

2. кратковременно посылать звуковой импульс

3. перевести цифровой порт в режим чтения, чтобы прослушать

Эхо нашего импульса — тот интервал времени, который шел звук из динамика до объекта и, ударившись от него, создал эхо, которое вернулось к нам в микрофон, будет условной дистанцией. Теперь, зная скорость звука и время, через которое к нам вернулся звук, мы можем посчитать дистанцию до интересующего нас объекта.

Создание подпрограммы

1. Открываем LabVIEW.

2. Делаем New VI.

3. Правой кнопкой мыши вызываем функциональное меню.

4. Используем While loop — это цикл; используем Flat Sequence Structure — это структура, служит для правильного указания очереди.

5. FPJ IO оставляем на закрепке.

6. Подключаем myRIO в коннектор А, в порт DIO-0.

Для этого:

  • выбираем константу IO
  • выбираем пин
  • коннектор, DIO-0 размещаем за рамки цикла
  • подключаем и проводим в цикл

7. Размещаем метод в нашу структуру последовательности.

Важно

После того, как вы подключите коннектор к методу, в методе появятся два варианта. Мы выбираем Set output enable. В появившемся пункте есть зеленая точка. Правой кнопкой мыши нажимаем на нее. Затем Create constant, и переводим в True

8. Достаем IO Node и продолжаем последовательно подключать.

9. Меняем режим IO Node выхода.

10. Создаем промежуток задержки перед тем, как посылать этот звуковой импульс.

11. Генерируем сигнал.

12. Выключаем подачу сигнала.

Дальше нужно закрыть порт в режиме записи и перевести сам порт в режим чтения. Теперь нужно сделать так, чтобы включился микрофон и мы, собственно, слушали эхо звука. Для этого:

  • достаем IO Method
  • подключаем его
  • выбираем Set Output Enable
  • добавляем константу
  • ставим False

Возвращение звука

Нам нужно создать механизм, который будет отслеживать возвращения нашего звука. После того, как мы подали импульс, нам нужно начать отсчитывать время, иначе говоря — задержку. Реализуем это через циклы.

Первый цикл будет служить стартом отсчета времени, а второй — отсчитывать тот промежуток времени, в который возвращается наш звуковой сигнал.

1. Добавляем IO Node.

2. Включаем.

3. Организуем задержку.

Счетчиком будет являться индикатор, который отслеживает итерации цикла, то есть, одна итерация цикла — это одна условная единица измерения.

Надо отсчитывать время, в которое True переведется в False. Для этого:

  • ставим логическую операцию «нет»
  • добавляем индикатор, который будет служить показателем нашей дистанции
  • добавляем False на цикл
  • запускаем нашу программу на компиляцию

Инфракрасный датчик

1. Обеспечивает бесконтактное измерение расстояния от 2 см до 40 и от 10 до 80

2. Работает от 5 Вольт

3. Передает информацию о дистанции посредством аналоговой связи

4. Имеет специальный инфракрасный объектив (1), который принимает отраженный инфракрасный луч на специальную ПЗС-матрицу

5. На основе данных ПЗС-матрицы определяет угол отражения (альфа), который затем используется для расчета дальности

6. Значение дальности подается на аналоговый выход сенсора, на котором может быть считан нашим микроконтроллером

У данного датчика три ножки. Если считать слева направо, то первая ножка — это сигнал, вторая — земля, и третья ножка — это питание. Датчик постоянно при помощи аналогового порта посылает нам значения в вольтах, которые подразумевают дистанцию.

Программа

В программе нам потребуется:
1. Сам выход, посмотреть его мы можем в менеджере проектов.

2. While loop.

3. Индикатор.

Для этого:

  • подводим к нашему коннектору, именно на синюю точку
  • назовем его Sharp AR
  • добавим константу, чтобы цикл здесь работал
  • запускаем на компиляцию (сохраняем, указываем локальный сервер)

Тестирование

Показания ультразвукового датчика выглядят намного стабильнее, чем инфракрасного. Однако, это не совсем верно, так как в среде, где много объектов, ультразвуковой датчик может теряться, обнаруживая посторонние предметы. Это связано с тем, что звук распространяется в виде волны.

Для устранения возможных помех сенсоры Sharp излучают инфракрасный сигнал с модулированной частотой. Это позволяет практически полностью застраховаться от помех от окружающего света. Также применяют различного вида фильтры, например, фильтр медиан поможет избавиться от излишнего шума.

“

Итак, подведем итоги. Сегодня мы узнали, какие датчики дистанции применяются в робототехнике, как их подключить и запрограммировать на графическом языке LabVIEW. В следующем уроке Дюбанов Андрей расскажет вам о типах колесных баз, о подъемных механизмах. А пока предлагаем ответить на несколько вопросов, чтобы закрепить полученные знания.

Интерактивное задание

Для закрепления полученных знаний пройдите тест

Стартуем!

Дальше

Проверить

Узнать результат

Дальше

Проверить

Узнать результат

От 2 до 40 см

От 10 до 40 см

От 2 до 200 см

От 1 до 2 м

Дальше

Проверить

Узнать результат

К сожалению, вы ответили неправильно

Прочитайте лекцию и посмотрите видео еще раз

Пройти еще раз

Неплохо!

Но можно лучше. Прочитайте лекцию и посмотрите видео еще раз

Пройти еще раз

Отлично!

Вы отлично справились. Теперь можете ознакомиться с другими компетенциями

Пройти еще раз

Принцип работы ультразвукового датчика

Природа кристаллов пьезоэлектрических элементов позволяет генерировать звук высокой частоты под воздействием электрического напряжения. Оказавшись в поле высокочастотных звуковых колебаний, пьезокристалл, напротив, генерирует электрическую энергию. Включив такие кристаллы в электрическую цепь, и определенным образом обрабатывая получаемые с них сигналы, мы можем видеть изображение на экране УЗИ-аппарата.

Меры предосторожности при работе с ультразвуковыми датчиками

Между кристаллической матрицей датчика и телом пациента располагается ряд согласующих материалов для лучшего проникновения и дополнительной фокусировки УЗ-луча. Это согласующие слои самого датчика, акустическая линза и согласующий акустический гель.

Необходимо помнить, что применять следует гель из рекомендуемого производителем списка, поскольку гели отличаются физическими параметрами. Использование «неправильного» геля будет приводить к перегреву пьезокристаллической матрицы, согласующих слоев и линзы, а также к повышенной нагрузке на электронные блоки формирования высокого напряжения и усиления принятого сигнала.

Таким образом, кажущаяся необоснованность и экономия от использования более дешевого геля приведет к поломке датчика и дорогостоящему ремонту самого аппарата, а в некоторых случаях даже электротравмам пациента или врача, так как на головку датчика подается высокое электрическое напряжение.

Если у Вас все же возникла проблема с датчиком, не спешите его списывать:

Несмотря на всю сложность, ремонт датчиков УЗИ возможен практически в любом случае.

Как работает ультразвуковой датчик в B-режиме

 

 

  1. Через ультразвуковой пьезоэлектрический датчик в ткани отправляется короткий импульс.

  2. Он распространяется и отражается от объектов, расположенных на разной глубине. Скорость распространения ультразвука в тканях известна, поэтому можно определить определить расстояние до объекта, который отразил данный эхо-сигнал.

  3. Амплитуда принятого сигнала кодируется на экране с помощью оттенков серого цвета. Глаз человека больше всего восприимчив именно к оттенкам серого. Таким образом происходит кодировка амплитуды принимаемого сигнала в яркость на мониторе УЗ-сканера.

При этом работа ультразвукового датчика для пользователя заключается в следующем:

твердые объекты выглядят более светлыми, почти белыми, пустоты наоборот  — черными.

Это происходит потому, что амплитуда отраженного от кости сигнала велика. Если же направить луч в полость (в пустоту),  УЗ-луч пройдет очень глубоко, сильно ослабнет и амплитуда принятого отраженного сигнала будет близка к нулю. Биологические ткани, представляющие наибольший интерес для врача, на дисплее аппарата отображаются в промежуточных градациях серого цвета.

Работа линейных, конвексных и секторных датчиков

В линейных и конвексных датчиках пьезокристаллы излучают группами поочередно, пока не отработают все кристаллы от начала пьезокристаллической матрицы до конца. Один кадр на дисплее обновится тогда, когда все группы поочерёдно отправят и примут ультразвуковой сигнал.

В секторных фазированных датчиках все кристаллы излучают почти одновременно. Специально вводятся небольшие электронные задержки сигнала на каждый кристалл для того, чтобы направлять сканирующий луч. Изображение на дисплее обновится тогда, когда луч просканирует весь сектор обзора.

 

Работа ультразвукового датчика в режимах допплера

Рассмотрим прам из видов доплера – режиме постоянного доплера. Суть метода заключается в применении эффекта Доплера.

Звук, отражаясь от подвижного объекта, меняет свою частоту. В зависимости от направления движения объекта и его скорости, Эта разница, или сдвиг частот, называется Допплеровским. Он будет изменяться с течением времени.

В данном режиме одна половина кристаллов датчика работает на излучение ультразвука, а вторая – на приём. Сравнивая принятый сигнал с отправленным, мы получим частотный допплеровский сдвиг ультразвука.

По значению сдвига можно высчитать скорость движения тканей или жидкостей в организме. Допплеровский сдвиг часто лежит в пределах слышимых человеком частот (20Гц-20кГц), поэтому его в качестве дополнительного источника информации выводят в форме звука, через динамик аппарата.

Существуют и другие режимы работы УЗ-сканера, в которых работа датчика отличается от изложенных выше, как программно, так и аппаратно.

Описать все нюансы работы такого сложного оборудования в сжатом виде крайне сложно, поэтому, если у Вас остались вопросы, наши специалисты готовы проконсультировать Вас по телефону, электронной почте или через онлайн-форму на нашем сайте.

 

 

 

Типы ультразвуковых датчиков и их назначение

Чтобы полноценно воспользоваться всеми возможностями вашего ультразвукового аппарата, вы должны иметь правильные аксессуары. Таким образом, главным фактором эффективности вашего УЗ-сканера является правильно подобранные ультразвуковые датчики.

В данной публикации мы расскажем о различных видах ультразвуковых датчиков и для каких исследований предназначен каждый из них. В заключении мы поделимся несколькими полезными советами, которые следует помнить при покупке УЗ-датчиков.

Итак, давайте по порядку.

— Что такое ультразвуковой датчик и для чего он нужен?

УЗ-датчик представляет собой устройство, которое генерирует ультразвуковые волны. Эти волны отражаются от тканей тела человека и в виде эхо-сигналов улавливаются этим же датчиком. Полученные эхо-сигналы датчик передает на компьютер, который использует их для создания изображения, называемого эхограммой. Основным элементом каждого ультразвукового датчика является пьезоэлектрический кристалл, который служит для генерации и приема ультразвуковых волн. К сожалению, индустрия медицинской визуализации уже более 40 лет использует один и тот же пьезоэлектрический материал.

Так было вплоть до недавнего времени, когда появился новый вид материала и новая технология ультразвуковых датчиков – монокристаллическая, что повлекло за собой значительное улучшение качества изображения. 

Виды ультразвуковых датчиков

В настоящее время на рынке доступны УЗ-датчики различных форм, размеров и предназначенные для самых разных применений. Это связано с тем, что для получения хорошего качества изображения в разных частях тела необходимо применять датчики с соответствующими характеристиками. УЗ-датчики могут быть внешними или полостными. Внешние располагаются на поверхности тела или органа, а полостные вводятся в полый орган или отверстие (например, в прямую кишку или влагалище).

Есть ли еще какие-то различия между ними?

Конечно!

Ультразвуковые датчики отличаются своей конструкцией в зависимости от:

  • Расположения пьезоэлектрических кристаллов
  • Размера апертуры (размера контактной площадки)
  • Частоты

Ниже мы перечислим три наиболее распространенных вида ультразвуковых датчиков: линейный, конвексный (стандартный или микроконвексный) и секторный фазированный. Кроме того, мы включили в обзор и некоторые другие датчики, которые доступны на рынке и на нашем складе.

Линейные датчики

Пьезоэлектрические кристаллы в этих датчиках расположены линейно, форма области сканирования прямоугольная. Этот датчик обладает хорошим разрешением в ближней зоне. Частота и применение линейного датчика зависят от того, предназначен ли он для получения 2D- или 3D/4D-изображения.

Линейный 2D датчик имеет широкую апертуру, и его центральная частота находится в диапазоне 2,5-12 МГц. 

Линейный датчик используется для следующих целей:

  • Исследование сосудов
  • Выполнение катетеризации сосудов под контролем узи
  • Выполнение регионарной анастезии под контролем узи
  • Исследование молочных желез
  • Исследование щитовидной железы
  • Исследование мышц, сухожилий и суставов
  • Исследование других поверхностных органов
  • Проведение интраоперационных исследований и лапароскопии

Линейный 3D/4D датчик имеет широкую апертуру и центральную частоту в диапазоне 7,5-11 МГц.

Область применения данного вида датчика:

  • Исследование молочных желез
  • Исследование щитовидной железы
  • Исследование сосудов, в частности сонных артерий

Конвексные датчики

Конвексный ультразвуковой датчик также называют выпуклым датчиком, поскольку пьезоэлектрические кристаллы в нем расположены криволинейно. Форма области сканирования является выпуклой. Этот датчик хорошо визуализирует глубоко расположенные структуры, даже при уменьшении разрешения изображения с увеличением глубины.

Область сканирования, частота и применение конвексного датчика зависят от того, предназначен ли он для получения 2D- или 3D/4D-изображений.

Конвексный 2D датчик имеет широкую апертуру, и его центральная частота составляет 2,5-7,5 МГц.

Конвексный датчик используется для следующих целей:

  • Исследование органов брюшной полости у взрослых и детей
  • Исследование органов малого таза у взрослых и детей
  • Диагностика плода

Конвексный 3D/4D датчик имеет широкую апертуру, и его центральная частота составляет 3,5-6,5 МГц. Он применяется для исследования органов брюшной полости, органов малого таза и диагностики плода.

Существует подвид конвексных датчиков, называемый микроконвексным. Он имеет гораздо меньшую апертуру. Врачи обычно используют его в неонатологии и педиатрии.

Секторные фазированные (кардиологические) датчики

Этот датчик назван по типу устройства пьезоэлементов, которое называется фазированной решеткой. Фазированный датчик имеет небольшую апертуру и низкую частоту (центральная частота составляет 2-7,5 МГц). Форма области сканирования практически является треугольной. Эти датчики имеют плохое разрешение в ближнем поле но дают хороший обзор на глубине. Позволяют наблюдать структыры через узкую межреберную щель.

Сфера применения фазированного датчика:

  • Исследование сердца, включая транспищеводные исследования у взрослых и детей
  • Исследования органов брюшной полости у взрослых и детей
  • Исследования головного мозга у взрослых и детей

Для исследования детей используются датчики с высокой частотой (5 или 7,5 МГц), что позволяет получить более качественное изображение. Это возможно благодаря маленьким размерам пациентов.  

Другие типы ультразвуковых датчиков

И это еще не всё. На рынке присутствует большое количество всевозможных видов УЗ-датчиков. Вот некоторые из них:

Карандашные датчики, также называемые CW-датчиками, используются для измерения кровотока. Этот датчик имеет небольшую апертуру и использует низкую частоту (обычно 2-8 МГц). Следующий вид ультразвукового датчика – внутриполостной. Эти датчики предназначены для проведения исследования при введении их в определенные полые органы или отверстия. К внутриполостным датчикам относятся вагинальные (гинекологические), ректальные и ректально-вагинальные датчики. Как правило, они имеют небольшую область сканирования, а их частота колеблется в диапазоне 3,5-11,5 МГц. Также имеется чреспищеводный (трансэзофагеальный) датчик. Как и ранее упомянутые датчики, он имеет небольшую апертуру и используется в кардиологии для получения лучшего изображения сердца, выполняемого через пищевод. Эти датчики работают на средней частоте, в диапазоне 3-10 МГц.Кроме того, существует несколько датчиков, предназначенных для хирургического применения, например, лапароскопические.

Советы, которые следует помнить при покупке ультразвукового датчика

Теперь, когда вы уже знаете о наиболее распространенных видах ультразвуковых датчиков, предлагаем вашему вниманию несколько советов, которые вы должны помнить при их покупке:

  • Удостоверьтесь и дважды проверьте, совместим ли датчик, который вы собираетесь приобрести, с вашим аппаратом – для этого вы можете использовать руководство по эксплуатации или обратиться в наш отдел продаж.
  • Низкая частота (от 2,5 до 7,5 МГц) обеспечивает лучшую глубину проникновения, однако ее недостатком является более низкое качество изображения.
  • Чем выше частота (выше 7,5 МГц), тем ниже глубина проникновения ультразвука, тем не менее вы получаете изображения более высокого качества вблизи поверхности (7,5 МГц = 20 см).

Внимание!

  • Черная линия на мониторе ультразвукового аппарата, вероятнее всего, будет означать, что внутри датчика есть кристалл, отработавший свой срок службы.
  • Тень на экране ультразвукового аппарата может указывать на слабый кристалл внутри датчика, который не производит необходимую вибрацию.

Уход и обслуживание УЗ-датчика

Наконец, помните, что датчик является очень важным и очень дорогим элементом ультразвукового аппарата. Поэтому после его приобретения вы должны эксплуатировать его, соблюдая следующие меры предосторожности:

  • Не бросайте, не роняйте и не подвергайте датчик механическим воздействиям
  • Избегайте повреждения кабеля датчика
  • После каждого использования удаляйте с датчика излишки геля
  • Не используйте спиртосодержащие растворы

конструкция, принцип работы, области применения

Главная Исследования, разработки, полезная информация Ультразвуковой датчик расстояния

13. 04.2021

Ультразвуковой датчик применяется для обнаружения и определения расстояния до объекта, а также для контроля их движения. Передатчик излучает звуковые колебания, частота которых превышает 20 кГц. Они в виде волн «прошивают» пространство, и, встречаясь с твердыми предметами, отражаются от них и попадают в приемник датчика. Электронная схема подсчитывает расстояние до объекта согласно следующей формуле:

R = tV/2,

где R – искомое расстояние, t – промежуток времени между отправкой и приемом ультразвуковой волны, V – скорость звука.

Результат произведения делится на два, так как излучение проходит путь сначала от датчика к объекту, затем обратно. Что касается скорости звука, она зависит от свойств среды, например, в воздухе она составляет 331 м/сек, а в воде – 1 430 м/сек.

Ультразвуковой датчик определяет расстояние до объектов, расположенных на удалении не более 8 метров от излучателя. Чем более твердой и ровной будет поверхность предмета, тем лучше от нее отражаются волны.

Строение датчика

Излучатель

В конструкции современных датчиков используются следующие типы излучателей:

  • магнитострикционные – ультразвуковые колебания формируются за счет быстрого изменения размеров ферромагнетника, размещенного в переменном магнитном поле. Его плюсы: долгий срок службы (ресурс не меньше 10 тысяч часов) и высокий КПД, достигающий 80%. Есть и минусы в виде достаточно сложного устройства и быстрого нагрева, из-за чего нужно водяное охлаждение.
  • пьезоэлектрические – гораздо проще в строении, если сравнивать с предыдущим видом, так как волны формируются в процессе быстрого изменения размеров мембраны в переменном электрическом поле. Сама мембрана изготовлена из диэлектрического материала. Также такие передатчики отличаются компактностью, небольшим весом и возможностью излучение ультразвука разной частоты. Существенный минус один – достаточно низкая мощность.

Приемник

В большинстве датчиков стоят пьезоэлектрические излучатели. Приемник работает благодаря аналогичному эффекту, который действует в обратном направлении. Когда мембрана начинает колебаться под влиянием отраженного ультразвука, в окружающем ее поле появляется ток.

Классификация датчиков по конструкции

  • Одна головка. Передатчик и приемник – это один и то же элемент. Сперва мембрана генерирует ультразвуковое излучение, затем принимает отраженные волны и образует сигнал, который считывается электрической схемой. Устройства с одной головкой более компактные и простые. Есть существенный недостаток: наличие «мертвого» времени, срока, в течение которого затухают колебания в мембране после излучения ультразвука. Этой проблемы можно частично избежать при правильной настройке, но устранить нельзя.

  • Две головки. В таком варианте излучатель и приемник располагаются по отдельности. Это исключает образование слепой зоны, и датчик исправно работает независимо от расстояния до объекта. Однако появляется потребность в тонкой настройке частоты, на которой работают оба компонента, для более точного подсчета расстояния.

Независимо от строения ультразвуковые датчики отлично подходят для обнаружения объектов и определения расстояния до них, расчета уровня жидкостей и сыпучих газов. Они способны выполнять эти задачи даже в полной темноте независимо от температуры и влажности воздуха, его задымленности и степени загрязнения пылью. Ложные срабатывания не происходят, так как приемник не реагирует на слышимый человеком звук, но может быть настроен на нужную частоту.

Области применения

Робототехника

В этой сфере ультразвуковыми датчиками расстояния решается проблема позиционирования робота в окружающем его пространстве. Датчик выступает в качестве глаз, помогает технике избегать столкновений с объектами. Кроме этого, ультразвуковые системы ориентации в пространстве имеют ряд плюсов:

  • низкая цена и наличие комплектующих в свободной продаже;
  • простая и надежная конструкция, собрать ее можно самому;
  • легкая интеграция в схему робота без необходимости ее замены;
  • универсальность – датчик можно встроить в любую технику;
  • высокая точность работы независимо от условий внешней среды;
  • безопасность излучения для человека и окружающей среды.

Ультразвуковые датчики используются в конструкции как наземных, так и подводных роботов. Ввиду того, что ультразвук отлично проходит сквозь воду, дым, влажный и запыленный воздух, для применения этих устройств нет никаких ограничений. Подводные роботы комплектуются не пьезоэлектрическими, а магнитострикционными излучателями – их акустическая мощность выше.

Другие сферы

Робототехника – далеко не единственная отрасль, в которой нашлось применение ультразвуковым датчикам расстояния. Они не менее широко используются для выполнения перечисленных задач:

  • Определение расхода жидкостей, транспортируемых по трубопроводу. Устройство испускает ультразвуковое излучение и сравнивает скорость колебаний в направлении потока и против него. Примечательно, что для этой задачи необязательно устанавливать сенсор внутрь трубопровода. Достаточно разместить его с внешней стороны конструкции.
  • Измерение уровня сыпучих и жидких материалов в емкости. Датчик испускает излучение в исследуемый материал и оценивает время, необходимое ультразвуку на отражение от границы разделения газа с жидким или сыпучим веществом. Как только затрачиваемое на это время изменяется в большую или меньшую сторону, срабатывает предупреждение.

  • Отслеживание физических и химических характеристик различных веществ. Для этого измеряется скорость прохождения ультразвука через исследуемое вещество. Далее полученное значение сравнивается с эталоном для конкретной среды, на основе чего принимается решение о наличии либо отсутствии процессов изменения ее структуры.
  • Медицина. Например, для проведения диагностики в рамках УЗИ. Принцип прост: в разных тканях человеческого организма ультразвук движется с разной скоростью. Отраженные от органов волны попадают на приемник, после чего интерпретируются и визуализируются на мониторе.

  • Пожарная безопасность. Для этой цели используются чувствительные сенсоры, которые реагируют не на твердые объекты, а на движущийся воздух, разогретый огнем от пожара.
  • Охранная система. Работает датчики по одному из принципов:
    • Работает в режиме обнаружения. Как только в поле его действия появляется объект, запускается охранный алгоритм. Это может быть включение сигнализации, вызов охраны.
    • Сенсор работает в паре с удаленным приемником. Излучение испускается передатчиком и попадает на приемник на некотором расстоянии. Как только через этот «луч» ультразвука проходит объект, сигнал прерывается, после чего срабатывает охранная сигнализация.

Ультразвуковой датчик | АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПОДСВЕТКА ЛЕСТНИЦЫ. [email protected]. tel+7 916 675 0587, +7 967 047 3500

Ультразвуковой датчик с автоматической настройкой зоны работы

Внимание; с 20.04.2021 датчик присутствия в корпусе WERKEL будет в исполнении WL14-Frame-01
Внимание:  Цветовая маркировка может отличатся в зависимости от производителя кабеля, просим при подключении датчика руководствоваться  ярлыком прилагаемым к датчику при поставке.
Область применения.
Применяется в качестве датчика присутствия контроллера «АРГОС»   в случае необходимости ограничить зону работы датчика для исключения ложного срабатывания вне контролируемой зоны работы лестничного контроллера «Аргос»
Описание работы

Стандартный датчик движения может захватить объект вне зоны лестничного пролета и контроллер будет работать некорректно.   Ультразвуковой датчик с автоматической настройкой зоны работы (Ultrasonic sensor with auto-tuning operation zone), позволяет с легкостью избавится от данного неудобства  ограничивая дистанцию срабатывания, для калибровки датчика не нужно никаких действий кроме нажатия единственной кнопки на плате контроллера работы датчика.

Технические данные:

Напряжение питания —  от 7  до  24 вольт постоянного тока. 
Ток потребления —  до 20 ма , в режиме срабатывания. 
Расстояние чувствительности датчика — от 10 см до 250 см.
Рекомендуемая зона работы датчика — от 50 см до 100 см
Напряжение на сигнальном выходе датчика — 0,6 вольт в режиме ожидания, 4,8 – 5,1 вольт в режиме срабатывания.

Ограничение в работе; датчики одного типа нельзя устанавливать друг напротив друга , это приведет к ошибке в работе датчиков, обязательно разделите датчики в плоскости , 80 см по горизонтали или 100 см по вертикали.
При прокладке сигнальной линии датчика используйте отдельную линию расположенную от линии питания лент не менее чем на 50 см, при невозможности проложить линию отдельно , используйте экранированный кабель типа МКЭШ сечением от 0,2 мм2  или аналогичный.  

Вариант поставки:

Ультразвуковой датчик без корпуса.

Ультразвуковой датчик в корпусе + коробка установочная

Установка и подключение.

Установить датчик можно на любую ровную вертикальную поверхность, с рекомендуемой высотой от пола 10 -130 см и расстоянием 10-50 см от первой ступени лестницы. Датчик устанавливается строго вертикально относительно стены для исключения ошибки срабатывания при приближении с левой или правой стороны к датчику. Расположение сенсоров датчика может быть как горизонтальным, так и вертикальной, рекомендуется перед полной установкой датчика определить наилучшую ориентацию датчика для вашего помещения.  Датчик подключается с помощью коннектора установленного на кабель прилагающийся к датчику.

Настройка датчика.

Подать питание на датчик, светодиод индикации датчика начинает мигать короткими вспышками.
Ограничить зону действия датчика , поставив экран или попросить встать помощника.
Нажать кнопку на плате датчика не менее 5 сек, загорится непрерывно светодиод индикации режимов датчика. Отпустите кнопку. Датчик настроен.

Проверьте зону работы датчика, при нахождении в зоне работы препятствия светодиод индикации режимов датчика будет мигать с удвоенной частотой.

Подождите 1 минуту для полного входа датчика в рабочий режим.

Видео инструкция настройки датчика

 

Страницы

  • ЦЕНЫ на КОНТРОЛЛЕРЫ И ДАТЧИКИ
  • КОНТРОЛЛЕРЫ
    • ARGOS STM switch
    • Контролер лестничной подсветки ARGOS STM-64
      • Модуль расширения ARGOS STM-64 8А
    • Контролеры серии Smart Wi-Fi
      • Контролер ARGOS Smart patio
      • Контролер ARGOS Smart switch v1.
        • Модуль расширения контролера ARGOS Smart switch «ARGOS Smart LED»
      • Модуль удлинения сигнальной линии контролеров серии ARGOS Smart и ARGOS Smart patio. версия 1
      • Контролер ARGOS Smart switch-L
      • Краткое руководство по началу работы Smart Wi-Fi
        • Полный перечень функций программы для контролеров серии Smart Wi-Fi
      • Варианты адресуемых лент.
      • Видеоинструкции
    • Модель-«АРГОС -220» версия 2D BOX
    • Модель-«АРГОС standard — М1» версия 2D, версия 4D.
      • «АРГОС standard — М1»модуль расширения
      • Модуль расширения «АРГОС М1 — V2»
    • Контролер подсветки лестниц ARGOS start
    • Модель «АРГОС light V – 07 — DIN»
    • Модель «АРГОС light V 17- 7 IR»
    • Модуль защиты АРГОС light V 17- 7 IR , АРГОС light V 17- 7 IR -BOX, АРГОС light V – 07 — DIN, ARGOS-L-V8
  • ДАТЧИКИ
    • ARGOS-wireless — беспроводной датчик присутствия
    • Датчик движения PIR 100
    • Лазерный датчик движения/присутствия «ARGOS Laser Presence Sensor»
    • ИК датчик присутствия ( Дистанции до препятствия).
    • Ультразвуковой датчик
      • Накладной корпус ультразвукового датчика.
    • Установка ультразвукового датчика в заглушку с суппортом.
  • СЧЕТЧИКИ ВРЕМЕНИ НАРАБОТКИ (МОТОЧАСОВ)
  • Вопросы
    • ИНСТРУКЦИИ
      • АРГОС «Universal Professional» ИНСТРУКЦИЯ ПО УСТАНОВКЕ.
      • Как правильно подобрать блок питания для светодиодной ленты.
      • Описание работы контролера «Аргос- smail» версия платы V 07-1
      • Установка и подключение АРГОС — VIP — с адресуемой светодиодной лентой.
      • Контроллер интеллектуального освещения (Контроллер автоматической подсветки лестницы-«Аргос- smail» Инструкция по настройке и подключению)
  • АРХИВ
    • Контролер ARGOS VIP M RGB
    • Модель — АРГОС — VIP — М — с адресуемой светодиодной лентой WS2812b. Версия ПО 02,03.
    • СВН-Lcd-09- герметичный (IP 67), счетчик времени наработки
    • Модель — АРГОС — VIP — с адресуемой светодиодной лентой WS2812b.
    • Счетчик времени наработки СВН-К-1 (СВН-3-04).
    • Пироэлектрический инфракрасный (PIR) датчик движения PIR- 120
    • Модель — АРГОС – micro
    • Модель «АРГОС light V 17- 7 IR — BOX»
    • Модель-«АРГОС standard — DIN» версия 2D, версия 4D.
    • Бесконтактный интеллектуальный проходной выключатель с плавным управлением включения Passage switch ARGOS – BOX Lite
    • Контроллер «ARGOS-L-V8.01 BOX»
    • Модель ARGOS-L-V8
    • Модуль плавких предохранителей ARGOS FUSE (Модуль защиты от короткого замыкания )

Искать Поиск …

Виды УЗИ датчиков, применение, параметры основных типов датчиков

  • Сервис Сервис
  • Виды датчиков УЗИ. Параметры основных типов датчиков, применение, проблемы, ремонт

В этой статье описаны все основные виды ультразвуковых датчиков для современных УЗИ аппаратов. Для всех типов датчиков указаны основные параметры и характеристики, описание, области применения. Рассмотрим основные (типовые) неисправности и поломки каждого типа и ремонт УЗИ датчиков.

  • Конвексный датчик
  • Микроконвексный датчик
  • Линейный датчик
  • Секторный датчик
  • Фазированный секторный датчик
  • Внутриполостной датчик (трансректальный / анальный, трансвагинальный, трансуретральный)
  • Биплановый датчик
  • 3D / 4D (Live-3D) датчик
  • Матричный объемный датчик
  • Карандашный доплеровский датчик
  • Чреспищеводный TEE датчик
  • Видеоэндоскопический датчик
  • Биопсийные датчики
  • Катетерный (интраоперационный) датчик
  • Внутрисосудистый датчик
  • Лапароскопические датчики
  • Монокристальные датчики
  • Механические датчики
  • Офтальмологические датчики
  • Транскраниальный датчик
  • Отолорингологические датчики
  • Ветеринарные датчики

Важные характеристики УЗИ датчика

Каждый тип датчика современного УЗИ аппарата имеет ряд характеристик:

  • Частота [МГц] (основная рабочая частота / набор частот для мультичастотного датчика)
  • Радиус кривизны сканирующего модуля [мм] (для конвексных и микроконвексных дачтичков)
  • Длина (габариты) сканирующего модуля [мм] для линейных, секрторных и некоторых других датчиков
  • Угол поля зрения [градусы]
  • Глубина [мм], проникающая способность
  • Совместимость с биопсийными наборами
  • Перечень совместимых (поддерживаемых) моделей УЗИ аппаратов
  • Области применения, режимы и виды УЗИ исследований (совместимые наборы настроек в программно обеспечении УЗИ аппарата)
  • Габариты [мм]
  • Производитель

В буклетах, промо материалах и даже на сайтах производителей и поставщиков не всегда указываются все эти параметры и характеристики. Часть из них не актуальна для определенных типов датчиков ( так же можно встретить термин  ультразвуковой трансдьюсер от англ. «transducer» — датчик). Безусловно важно обращать внимание на частоту (частоты) датчика, но помимо этого необходимо всегда учитывать области применения и совместимые режимы работы, поскольку сама по себе частота не несет исчерпывающую информацию о конкретном датчике.

 

Свяжитесь с нами: ответим на любые вопросы по ультразвуковому оборудованию. Поможем проверить текущее состояние. Проведем совместную дистанционную диагностику. Или приедем для полноценной проверки на месте.

 

Конвексный датчик УЗИ

  • Частота: 2-7,5 МГц
  • Глубина проникновения: до 25 см

Можно встретить также название абдоминальный датчик (из-за основной обрасти его применения)

Частота датчиков такого типа варьируется обычно от 2 до 7,5 МГц, причем в некоторых аппаратах частоты работы датчика могут быть и выше. Многие модели датчиков могу работать с так называемыми гармониками, что делает визуализацию качественнее во многих видах исследований.

Глубина проникновения датчиков этого вида — около 25 см., что вполне достаточно для всех областей его применения. Габариты отображения исследуемого органа на несколько сантиметров шире самого датчика. т.е. конвексные датчики обладают относительно широким полем зрения.

 

Ультразвуковые датчики данного типа применяются для исследования глубоко расположенных объектов: абдоминальные исследования (общие исследования брюшной полости), тазобедренные суставы, половая система и др. То есть, конвексные датчики применяются как в общей практике, в акушерстве и гинекологии, так и в других областях.

Конвексный датчик поставляется с большинством современных аппаратов УЗИ. он, конечно, может отсутствовать в некоторых случаях, но в основном представить без абдоминального конвексного датчика многоцелевой УЗИ сканер широкого профиля практически невозможно.

Частые неисправности данного типа узи датчика:

  • Стирание акустической линзы
  • Проблемы с кабелем, манжетой
  • Выход из строя пьезоэлементов
  • Трещины на корпусе

Микроконвексный датчик УЗИ

Датчик по своему строению идентичен конвексному, разница только в том, что микроконвексный датчик меньше в размерах.

Применяется он, как правило, для тех же исследований, но только в педиатрии.

Если говорить о технических параметрах, радиус кривизны сканирующего модуля у микроконвексного датчика больше, так как сам модуль меньше по габаритам.

Частоты работы в общем соответствуют обычным конвексным датчикам, но могут быть выше, поскольку микроконвексному типу датчиков не требуется такая высокая проникающая способность.


Линейный УЗИ датчик

Частота данного типа узи датчиков варьируется от 5 до 15 МГц. Глубина сканирования составляет не более 11 см. Основная особенность линейного датчика — полная пропорциональность исследуемого объекта положению линейного узи датчика, но сложностью является, что невозможно обеспечить полное прилегание узи датчика к исследуемым поверхностям. Данные датчики используются для исследований поверхностных структур, таких как молочная железа, щитовидная железа, маленьких суставов и мышц и для осмотра сосудов.


Частые неисправности данного типа узи датчиков:

  • Воздушные пузыри на акустической линзе
  • Проблемы с коннектором
  • Выход из строя пьезоэлементов

 

    Секторный УЗИ датчик

    Частота данного типа датчика варьируется от 1,5 до 5 МГц. Используется для ситуаций, когда необходимо получить широкий обзор небольшого участка. В основном, используется для обзора сердца и промежутков между ребрами.


    Частые проблемы с секторными датчиками:

    • Проблемы с линзой
    • Трещины корпуса
    • Проблемы с манжетой

     

      Секторные фазированные датчики

      Данный вид датчиков активно используется в кардиологии. При помощи секторной решетки появляется возможность корректировки угла ультразвукового луча в зоне сканирования, что дает возможность посмотреть за родничок, ребра или глаза.

      Датчик имеет возможность работать в режиме PW и CW, по причине того, что у него есть возможность автономного приема и передачи разных частей фазированной решетки.

      Внутриполостной ультразвуковой датчик (гинекологический / урологический УЗИ датчик)

      Данный типа датчика используется для исследований органов таза: акушерство, гинекология, урологию.

      В данную группу входят вагинальные и трансректальные и ректально-вагинальные ультразвуковые датчики.


      Биплановые узи датчики

      Биплановые узи датчики имеют несколько излучателей.

      При помощи этого есть возможность получить изображения в продольном и поперечном срезах.

      3D и 4D объемные УЗИ датчики

      Данный вид датчика используется для получения трехмерных изображений.

      Возможность такой визуализации обеспечивается благодаря датчику, который вращается (качается из стороны в сторону) внутри колпака.


      Чаще всего можно столкнуться со следующими проблемами 3D/4D датчиков:

      • Обрыв тросов
      • Утечка масла
      • Проблемы с механизмом 3D

        Матричные объемные УЗИ датчики

        Данные датчики можно поделить на полуторомерные и двумерные.
        Полуторомерные матричные датчики дают возможность получить максимальное разрешение по толщине


        Двумерные дают возможность получать объемное изображение в режиме реального времени и выводить на экран некоторое количество проекций и срезов.

        Карандашные доплеровские УЗИ датчики

        Данный тип датчика предусматривает разделение приемника и излучателя.

        Используется для исследования артерий, вен ног и шеи.

        Чреспищеводные (транспищеводные) или TEE датчики

        Трансэзофагеальные датчики УЗИ.

        Данный тип датчиков используется для чреспищеводной эхокардиографии. Достаточно сложное строение данного датчика разработано для специфичных исследований.
        Рабочая частота данного типа датчика от 2,5 до 10 МГц.
        Основные неисправности этих датчиков:

        • Разгерметизация
        • Датчик нагревается
        • Нарушение целостности наружной оболочки
        • Обрыв тяг

         

          Наш сервисный центр на протяжении 5 лет профессионально занимается ремонтом узи датчиков и успешно восстанавливает их.

          Если у Вас возникли проблемы с узи датчиками, обращайтесь, мы решим любую Вашу проблему.