Ultraljudsgivare

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Avsökningsområde

 

 

 

 

 

 

 

 

Reflexavkänning

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Avbrottsavkänning

 

Ultraljud

Som namnet anger använder en ultraljudsgivare sig av ultraljud för att känna av föremål. För att lättare kunna beskriva ultraljudsgivaren vill jag först reda ut begreppet ultraljud.

Ultraljud kallas ljud med frekvenser över 20 000 Hz. Människor kan inte höra så höga frekvenser, men en del djur kan det, bl.a. hundar. Det finns till och med djur som använder sig av ultraljud för att söka upp mat och för att navigera. Däribland finns delfiner och fladdermöss. Tekniken är den samma för både delfiner och fladdermöss, de ger ifrån sig en ljudsignal, som sedan reflekteras. När ljudsignalen återvänder kan djuren se en bild av det som finns framför dem.

Användningsområden för ultraljud

I människovärlden förekommer ultraljudsgivare oftast inom sjukvården och inom industrin. Men det absolut bästa exemplet på var ultraljudsgivare förekommer, är på båtar, då i form av ekolod.

Ekolod fungerar som så att en sändare sänder ut flera ultraljuds signaler, som reflekteras mot det som finns under båten. När signalerna återvänder till en mottagare kan en bild målas upp av vad som finns under båten.

Inom sjukvården används ultraljud ofta till att titta på foster och till att upptäcka cancertumörer.

I industrin används ultraljudsgivaren ofta som en lägesgivare, d.v.s. en givare som ser efter om det finns ett föremål i närheten, t.ex. om det ligger en träplanka framme på det rullande bandet. Tekniken som används i det här fallet är den samma som används hos ekolod.

Även vid materialkontroll inom industrin händer det att man använder sig av ultraljudsgivare.

Det går till så att sändare skickar iväg en signal mot t.ex. en metallplatta. När signalen återkommer till mottagaren, kan metallplattan projiceras på en bildskärm. På bildskärmen kan man lätt upptäcka eventuella sprickor och ojämnheter hos metallplattan.

 

Tillbaka till början av sidan

Ultraljudsgivarens uppbyggnad och funktion

Som det redan nämnts består en ultraljudsgivare i sitt enklaste utförande, av en sändare och en mottagare.

Sändaren består i huvudsak av en metallstav med en metalltråd lindad runt sig. När en ström förs in i den lindade tråden, börjar metallstaven att vibrera. Metallstaven sätter i sin tur ett membran i rörelse. På så sätt uppstår en ljudvåg.

Mottagaren är uppbyggd på nästan samma sätt som sändaren, men istället för att skicka ut en ljudsignal tar mottagaren emot en ljudsignal. Ljudsignalen får sändarens membran att börja vibrera. Membranet sätter i sin tur metallstaven i rörelse, vilket i sin tur ger upphov till en ström i lindningen.

I ultraljudsgivaren finns det också en klocka. Klockan mäter den tid, det tar från att strömmen matas in i sändaren till dess att mottagaren ger ifrån sig en ström. Med hjälp av den mätta tiden och ljudets utbredningshastighet räknar givaren ut den sträcka som ljudvågorna just har färdats. När det sker några förändringar på det område som givaren övervakar, talar givaren om det och visar det t.ex. på en bildskärm.

Tekniska värden och begränsningar hos ultraljudsgivaren

Ljudfrekvensen som ultraljudsgivaren använder sig av ligger mellan 65 kHz och 400 kHz. Detta kan jämföras med frekvensen som är hörbar för människan. Den frekvensen ligger under 20 kHz.

Ultraljudsgivaren har sina begränsningar, när det gäller att känna av saker på avstånd. Den undre begränsningen ligger på ca 6 cm och den övre begränsningen ligger på ca 10m. Det finns givetvis undantag för den övre gränsen.

Avsökningsområde

Bredden på avsökningsområdet är beroende av hur långt man vill att avsökningsområdet ska vara. Ju längre avstånd man vill söka, desto smalare område kan man söka av. Detta beror på att ljudsignalerna breder ut sig med en viss vinkel. Detta leder till att ju större vinkeln är desto kortare avstånd kan man söka av.

 

 

 

 

Tillbaka till början av sidan

 

 

Användningstekniker för ultraljudsgivaren

Det finns två huvudsakliga tekniker man använder sig av när man ska använda en ultraljudsgivare. Den första kallas reflexavkänning och den andra kallas för avbrottsavkänning.

Reflexavkänning

Vid reflexavkänning har man monterat en sändare och en mottagare bredvid varandra. Båda är riktade mot en vägg, eller motsvarande. Sändaren skickar iväg en ljudsignal, mot väggen. När ljudsignalen sedan träffar väggen, reflekteras ljudvågorna och återvänder mot givaren och uppfångas av mottagaren. Med hjälp av tiden det tog för ljudsignalen att gå från sändaren och reflekteras mot väggen, och sedan återvända till sändaren, kan man räkna ut den sträcka som ljudvågorna har färdats. Den här sträckan använder givaren som en referenssträcka.

När ett objekt passerar mellan givaren och den reflekterande väggen, kommer ljudvågorna att reflekteras tidigare, vilket leder till att tiden som ljudsignalen färdas blir mindre. Det leder i sin tur till att givaren räknar ut en sträcka som är mindre en referenssträcka. Då talar givaren om att det finns ett föremål som har stört ljudsignalens väg från sändaren till mottagaren. Det kan givaren tala om genom en elektrisk spänning, för t.ex. en robot som ska ta hand om föremålet.

 

*               Fördelen med reflexavkänning är att ultraljudsgivaren kan byggas som en enhet. Det spar på resurser och pengar, både i montering och i produktion.

 

Avbrottsavkänning

Vid avbrottsavkänning sitter sändaren och mottagaren monterade mitt emot varandra. Sändaren sänder ständigt ut en ultraljudssignal mot mottagaren. När ett föremål passerar mellan sändaren och mottagaren, uteblir den mottagna signalen hos mottagaren. Detta omvandlar ultraljudsgivaren till en spänning som säger att ett föremål finns i närheten. Ultraljudsgivaren skickar sedan vidare till t.ex. en robot som ska ta hand om föremålet.

 

*              Fördelen med avbrottsavkänning är att man kan känna av föremål på större avstånd än vid reflexavkänning.

 

Fördelar med ultraljudsgivare

En fördel med ultraljudsgivaren gentemot största konkurrenten fotocellen, är det låga priset på komponenter hos ultraljudsgivaren.

En annan fördel för ultraljudsgivare finns i exempel från industrin. Hos Volvo personvagnar hade man tidigare problem med fotoceller som användes i produktionen. Fotocellerna användes för att känna av om en bilkaross befann sig i rätt position, genom att mäta avståndet till biltaket. Problemet bestod i att fotocellen mätte fel på grund av olika nyanser i billacken. Även solluckor ställde till med felmätningar hos fotocellen. Nu har man istället installerat ultraljudsgivare, som är helt oberoende av färger och glasrutor. Samtidigt har de tidigare problemen upphört hos Volvo.

Hos golvtillverkaren Kährs hade man ungefär samma problem som hos Volvo. Kärhs problem låg i mörka kvistfläckar på golvplankorna. När fotocellen skulle se efter om det låg en planka framme eller inte, hände det att fotocellen mätte på en mörk fläck. Givaren gav då en signal att det var tomt på det löpande bandet, och en ny planka skickades fram.

Också hos Kährs har problemen upphört sedan man bytte från fotoceller till ultraljudsgivare.

 

Tillbaka till början av sidan