כיצד ליישם את תנאי אות עבור חיישנים אולטרה סאונד ביישומים תעשייתיים

חיישנים אולטרה סאונד הם הכרחיים אוטומציה תעשייתית מודרנית למדידת מרחק ללא מגע, רמת תחושה, וגילוי אובייקטים. פלט הגלם שלהם, עם זאת, הוא לעתים רחוקות מספיק לנקות ישירות לתוך מערכת בקרה. רעש סביבתי, סחף טמפרטורה והתערבות חשמלית יכול להשחית את האות, המוביל קריאה כוזבת או התנהגות מערכת לא נכונה.

המונחים: ⁇

פורמטים של Output

חיישני אודיו תעשייתיים מספקים אחד ממספר סוגי פלטה:

• (ב) ⁇ 0) ,(א) ,(א) ,ב) , בדרך כלל 0–10 V או 0-5 V פרופורציה למרחק. אות ליניארי זה קל לקריאה אך רגיש מאוד להפיכה רעש.
• (FLT:0Current לולאה (4–20 mA)cioFLT:1) - באופן טבעי יותר חסין מפני טיפות מתח והתערבות, אך דורש התנגדות מדויקת להמיר בחזרה למתח עבור ADC.
• (ב) ⁇ (PWM)FLT:1 - דופק דיגיטלי אשר רוחבו (למשל, 100 מיקרו-מ"ס) מקודמת מרחק תזמון חייב להיות מדויק; ג'ייטר על פני העולה / הנפילה מציג שגיאה.
• (FLT:0Serial digitalפלט (UART, I2Cori)FLT 1 - החזק ביותר, אך דורש שינוי ו בידוד נאות עבור רצפות מפעל רועשות.

הבנת סוג הפלט היא הצעד הראשון בעיצוב שרשרת ההתקשרות.

מקורות רעש

אותות בלתי מותנים סובלים ממספר הפרעות בעולם האמיתי:

• (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0) התערבות אלקטרונית (EMI)FIRLT:1) - כונן מוטורי, כלי ריתוך, והחלפת ציוד כוח הזרקת רעש גבוה נוקאאוט לתוך כבלי חיישן.
• (ב) סחף פיתויים (FLT) 1:1 - מהירות השינויים הקוליים -0.6 אחוזים per ° C, שינוי מערכת היחסים בין המרחק לשעות.
• (ב) אספקת חשמל ripplepleFLT:1 - וריאציות במתח האספקה של החיישן משנה את התפוקה שלו, במיוחד בחיישנים אנלוגיים.
• (ב) ,0) ,Ground LusFLT:1 - נתיבי קרקע מרובים יוצרים מתחים אשר משחיתים את קו הבסיס של האות.

השפעה של אותות בלתי מותנים

ללא מיזוג הולם, חיישן אנלוגי טיפוסי עשוי להציג שגיאות של כמה מ"מ או אפילו ס"מ בתנאי שדה.זה יכול לגרום חיישן רמה לנפח טנק לא נכון, גילוי מכשולים של רובוט לעצור חיובי כוזב, או מערכת משדרת לדחות חלקים טובים.

המונחים: shape

כל טכניקה מתייחסת לחולשה מסוימת בשרשרת האותות הגולמית.למעשה, מעגל מעוצב היטב משלב כמה מהם.

סינון

סינון מסיר רכיבים לא רצויים של תדירות.

• (FLT:0) פאסיבי RC נמוך-pass filterFIRLT:1) - הגישה הפשוטה ביותר: רשת התנגדות-capacitor עם תדירות חיתוך שנקבע היטב מתחת ללהקת הרעש של החיישן (למשל, 10 הרץ עבור רמה איטית חישה) בחר קפיטור עם דליפה נמוכה (למשל, סרט או קרמיקה) כדי למנוע DC.
• (FLT:0) מסננים (Sallen-Key, משוב רב)FLT:1 - השתמש ב- -A-amp כדי לספק חד- off ולהשיג בו-זמנית. עבור רוב החיישנים התעשייתיים, מסנן Butterworth השני ב 1 kHz מספיק כדי לדחות את רעש PWM תוך העברת רוחב הפס של החיישן.
• (FLT:0) סינון פלילי (הממוצע, החציוני)FLT:1 - מיושם המיקרובקר לאחר ADC. ממוצע נע עם 8-16 דגימות למעשה חלק רעש גאווסיאן, בעוד מסנן מתווך מסיר את החריגים האימפולסיביים הנגרמים על ידי טראנסים חשמליים.

עבור תפוקה PWM, RC נמוך-pass פשוט יכול להמיר את רכבת הדופק למתח אנלוגי, אבל גישה טובה יותר היא למדוד את רוחב הדופק ישירות עם קלט חטוף, ולאחר מכן ליישם סינון דיגיטלי על הערך המרחק.

Amplification

חיישנים רבים של קולי מייצרים פלטים נמוכים כמו 10 mV לכל אינץ '. כדי להשתמש בטווח דינמי מלא של 10 סיביות או 12 סיביות ADC, האות חייב להיות מוגדל.

• (FLT:0) ללא-הביצוע של סדרת OPA xyz 1 (בקיצור: 0) – השתמש ב-A-noise, סגסוגת-to-rail (למשל, סדרת OPA xyz) עם רווח שנקבע על ידי שני מתנגדים.להבטיח שהרווח אינו כה גבוה עד כי רעש הוא מוגבר עד כדי כך עד כדי כך עד כדי כך של שימת ה-ADC.
• (FLT:0) Instrument amplifierFIRLT:1) - עבור אותות שונים (למשל, מ חיישן גשר או ריצה כבל ארוך), amp מספק דחייה משותפת מעולה, ביטול שגיאות לולאה הקרקע.
• (FLT:0)Gain SwitchFLT:1 - ביישומים עם מגוון דינמי רחב (למשל, ליד / רחוק אובייקטים), שני מגברים מקבילים עם רווחים שונים ניתן לבחור על ידי מספרxer לפני ADC.

כלל קריטי: תמיד לשים את המגבר קרוב לחיישן ככל האפשר כדי להגביר את האות לפני הרעש נכנס לקו.

רמה Shift

מיקרובקר ADCs בדרך כלל מקבל 0-3.3 V או 0-5 V, בעוד חיישן עשוי לתפוקה 0-10 V או להשתמש בטווח דו קוטבי (למשל, ±5 V). שינוי רמת שינוי מחדש בקנה מידה את המתח.

• (ב) ,0) , מבדיל בין כפל ל': פשוט, אך יש לשקול את ההטעיה.
• (ב) [17]0 (Op-amp) המצטט מעגל מספר 1:(FLT:1) כדי לשנות אות V חד-קוטבית 2-8 ל-0-3.3 V, השתמש במגבר שונה עם מתח התייחסות.
• (FLT:0) הפיכה מצטברת + clampFirLT:1 ; עבור אותות AC-קומפונד (ר בחיישנים קוליים), אבל מעגל שיקום DC יכול למקד מחדש את האות באמצע הסופפל.

תמיד לאמת את הפלט של החיישן ואת ההפחתה של השלב הבא כדי למנוע טיפות מתח.

דופק תנאים ל-PWM ו- Digital Outputs

(ב) אותות מחיישנים קוליים יש לעתים קרובות קצוות איטיים בשל כבלים ארוכים או עומסים קיבוליים גבוהים (AFLT:0Schmitt טרימנטל 1 (למשל, CD40106, או בנוי לתוך סיכה של מיקרובקר) מנקה את הדופקים ו debounces את האות, מונעים מספר רב של גורמים על קצה רועש יחיד.

עבור ריצות כבלים ארוכות (מעל 10 מ'), השתמש נהג קו (RS-422/485) או buffer טרנזיטור פשוט כדי להניע את העומס הקפיטליבי. עבור 4-20 מ"א פלט, ליתר דיוק 250 ⁇ התנגדות על פני קלט של ערוץ ADC שונה הוא המיזוג הפשוט ביותר - אבל להוסיף 100 ננופיטור על פני הנגד לסינון רעש גבוה.

תגית: Conversion

לפעמים הבקר מצפה סוג אות שונה מאשר פלט חיישן.מעגלים הסחה הם פשוטים:

• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) [ה]הסברה ל-PWMFLT: [=0], באמצעות קופרטור של צירים למתח האנלוגי, אך יותר נפוץ מיקרו-בקר פנימי ממירים את ADC קורא ל- PWM פנימי.
• (ב) [15] ל[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]

מדריך יישום מעשי

שלב אחר שלב עיצוב זרימה

1. (FLT:0) צ'רקטר את חיישן החיישן 1FLT - למדוד את הפלט הגולמי בסביבה הצפויה לראות את הגדלות הרעש בפועל, DC offset ותכנים בתדר.
2. (FLT:0) דרישות אות ניכוי 1:1 - מה טווח המתח הוא צורך ADC? איזו החלטה נדרשת (למשל, 1 מ"מ דיוק) מה זה הסובלנות לרעש?
3. (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
4. (ב) ויקרא: ויקרא י"ד): "השתמשו בסימולציית SPICE לשרשרת האנלוגית; עיין בסימנים אמיתיים של חיישן.
5. (ב) ⁇ :0) עם רעש הגרוע ביותר: 1) – זרקה רעש תעשייתי משותף (למשל, מכונן מנוע סמוך) והתבונן ביושרה אות.
6. (FLT:0) Integrate ADC ו-דיגיטל סינון מיפוי 1 - מדגם >2× רוחב הפס חיישן, החל תוכנה חלקה.

טיפים לבחירה

• שימוש ב-FLT:0) ב-FLT ובפלט של תפוקה 1:1 כדי להימנע מחוסר לינאריות ליד מסילות אספקה.
• (ב) ,0) ,4 ,4 ,5 ,5 ,5 , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• עבור אותות שונים, השתמש ברשתות התנגדות תואמים (ארבע מתנגדים בחבילה אחת) כדי לשמור על דחיית הדחייה משותפת.
• כולל ההרחבה:0 (ב) ,1) , ב-[[1924]], ב[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]

המונחים: noise Mitigation

הפריסה הפיזית חשובה כמו הסכאמטי.

• שמור על עקבות אנלוגיות קצרות ככל האפשר; בנפרד מקווים דיגיטליים ולופות החלפת חשמל.
• השתמש במטוס קרקע מפוכח (FLT:0) 1 (FLT:1 ), מתחת לחלק האנלוגי; פיצול הקרקע רק אם זרמים אנלוגיים ודיגיטליים גבוהים (רם לעיגולים ברמת האות).
• שם מקור:0.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.10.
• Place decoupling capacitors (0.1 μF קרמיקה + 10 μF אלקטרוליטיטי) בכל דגימה ומחבר החיישן.
• (ב) ל-[[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]

בדיקות ואימות

לאחר בניית מעגל המיזוג, הבדיקה בתנאים מבוקרים:

• מדד ה-FLT:0 (SNR) יחס של ספקטרום (SNR) 1FLT:1 עם מנתח ספקטרום או או אוקטילוסקופ מהיר.
• (ב) ,0) ,(ה) ב-[[1924]], ב[[1924]], ב[[1924]], ב[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]
• (ב) ,0) , אורך מחזור של זמן (FLT:1 ), מ 0 ° C עד 60 מעלות צלזיוס כדי לאמת את סחף הוא בגבולות מקובלים.
• (ב) בצע מבחן יעילות (FLT:0) ⁇ (FLT: 100 קורא במרחק קבוע; סטיית תקן צריכה להיות פחות מאשר ההחלטה הנדרשת (למשל, 0.5 מ"מ).
• לבסוף, ניסיון שדה עם כל המכונות הסמוכות הפועלות כדי לאשר חסינות לעולם האמיתי EMI.

שיקולים מתקדמים לסביבה התעשייתית

טמפרטורה Compensation

מכיוון שמהירות הקול משתנה עם טמפרטורה, זמן קבוע של טיסה כדי מרחק המרה יסחף.פתרונות כוללים:

• באמצעות חיישן טמפרטורה על הסיפון (למשל, DS18B20) והתאמה של הנוסחה מרחוק בתוכנה.
• קלבר את הפלט האנלוגי של החיישן בשני מרחקים ידועים ושתי טמפרטורות, ולאחר מכן החל תיקון ליניארי בבקר.
• כמה חיישנים משולבים קוליים (למשל, מקסBotix XL) מספקים פלט אנלוגי שכבר נמצא בטמפרטורות מחוברות פנימית.

עבור דיוק גבוה, לעדכן את הטמפרטורה קריאה לפחות פעם אחת בדקה וממוצע כדי להימנע מ ⁇ תרמיים טרנסיאליים.

מספר רב של חיישנים

כאשר משתמשים במספר חיישנים קוליים בקרבת מקום, ניתן למזער את הדיבור האיקוסיבי של הצלב האקוסיבי:

• כל חיישן פולט תבנית ייחודית (FLT:0) של דפוס אימפולסים 1 (או באמצעות מספר פעמים) או שימוש בתדירות (שריפות אחת בכל פעם).
• בידוד פיזי של חיישנים עם מחסומים אקוסטיים או עלה עלה.
• חיישנים מתרבים עם שרשרת אותות מורכבת (0) , שרשראות אות מורכבת 1 - מעגל מיזוג יחיד משותף בין חיישנים מרובים באמצעות מתגים אנלוגיים, אשר מפחית את העלות אך מוסיף מורכבות בתזמון.

● תקנים תעשייתיים

מעגלי מיזוג אותות תעשייתיים צריכים לעמוד בסטנדרטים רלוונטיים:

• (ב) 61326326:2FLT:1 - ציוד חשמלי למדידה, בקרה ושימוש במעבדה; תאימות אלקטרומגנטית.
• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) כרך 61000-4FLT:1 - חסינות מהירה / בורסת לסביבות מפעל קשות.
• (ב) ,0) UL/cULFLT 1 - אישור בטיחות אם המעגל נמכר כמודול.

עיצוב מההתחלה עם הגנה על הגאה, מחסומים בידוד, ומרחקים מצמררים מתאימים חוסך עיצוב מחדש יקר מאוחר יותר.

דוגמא אמיתית ליישום

בהתחשב במפעל הבוטני של משקה המשתמש חיישנים קוליים כדי לאמת רמות מילוי על קו שידור מהיר הנעה 1 600 בקבוקים לדקה.החיישנים האנלוגיים (0-10 V, 0.5-5 מ' טווח) היו קשורים במקור ישירות לקלט אנלוגי PLC. Noise ממנועי הסמוכים ו- inverters גרמו רמות כוזבות - כ 3 אחוזים של בקבוקים היו מתואמים.

מסקנה

(המיזוג לחיישנים קוליים אינו טכניקה אחת, אלא גישה שכבתית שמתייחסת לרעש, לרמות מתח ולסחף סביבתי בכל שלב של נתיב האותות.התחל על ידי הבנת תבנית הפלט של החיישן שלך ומקורות הרעש הדומיננטיים במתקן שלך.ליישם סינון, הדגימה, שינוי רמת שינוי ומיזוג הדופק במידת הצורך, אימות המעגל בתנאים מציאותיים, בחירה, ותשומת לב תעשייתית, הוא אפילו לא מספק דוגמאות מדויקות יותר של עיצוביתות: 1.