1. Ultrasonic Sensor (초음파 센서)란?
초음파의 특성을 이용하거나 초음파를 발생시켜 가까운 거리에 있는 물체 혹은 사람의 유무, 거리 및 속도 측정 등에 사용됩니다. 초음파 소자는 고유 진동에 상당하는 교류전압을 가하면 압전 효과에 의해서 효율이 좋게 진동해서 초음파를 발생시킵니다.
• 광학 센서 및 IR 센서와 달리 색상에 독립적으로 작동합니다. 즉, 물체의 색상이 측정 정확도에 영향을 미치지 않음을 의미합니다.
• 유리 및 물과 같이 반투명하거나 투명한 타켓도 측정에 영향을 미치지 않습니다.
• 넓은 범위의 물체 감지 및 거리 측정을 제공합니다.
2. 초음파 센서 동작 원리
물체에 반사된 음파를 그대로 센서로 입력 (진동)시켜서 발생된 전압을 회로에서 처리해 측정 거리를 계산합니다.
• 파장과 분해능 : 파장이 짧으면 거리 방향의 분해능이 높고 정밀도가 높아집니다.
• 파장의 반사 : 물체의 유/무 감지를 위해 초음파가 물체에 닿으면 반사됩니다.
• 온도 영향 : 물체까지의 거리를 정밀하게 측정하기 위해서는 온도에 따른 보정이 필요합니다.
*아두이노에서도 초음파 센서의 정밀도를 확보하기 위해서 온도센서를 같이 사용하기도 함.
3. 초음파 센서 기술 및 종류
3-1. 초음파 센서 기술
3-2. 초음파 센서 종류
• 아날로그 센서 : 초음파 처프를 생성하고 해당하는 에코를 수신하며 이후, 디지털 형식으로 변환이 필요합니다.
*시스템 설계자는 계산 시, 아날로그→디지털 변환 지연을 고려해야함
• 디지털 센서 : 디지털 센서 모듈에는 통신 버스를 통해 마스터 시스템 마이크로컨트롤러로 수치를 전송하기 전에 거리를 수행하는 슬레이브 마이크로 컨트롤러를 포함하고 있습니다.
*통신 버스 : 컴퓨터 안 부품들 또는 데이터와 정보를 전송하는 통로 (통신 시스템)
4. 어플리케이션
• 물체, 장애물, 라벨, 사람 감지
• 레벨 측정
• 두께 측정
• 투명 물체 감지
• 릴 (Reel) 감지
• 바람 제어
• 건설 기계, 자동 도어 및 산업용 도어 감지
• 식품 및 음료
5. 초음파센서 장단점
| 장점 | 단점 |
물체 색상 및 투명도에 영향 없음
(ex. 유리, 물, 투명/반투명한 타켓) | 온도 및 습도에 영향을 받음 |
| 물체 감지 및 거리 측정을 위한 뛰어난 유연성을 제공 | 물체의 위치를 나타내거나 모양이나 색상에 대한
정보를 얻을 수 없음 |
| 산업용 및 자동차용 제품에 적합 | 컴팩트한 제품에 적합하지 않음 |
| 전기적 잡음에 대한 높은 내성을 가지고 있음 | 진공 상태에서는 사용할 수 없음 |
배경 음향 잡음의 영향을 적게 받기 위해 처프를 전송하도록
설계 가능 | |
초당 여러 번의 특정이 요구되는 제품에서 사용 가능
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| 구하기 쉽고 상대적으로 저렴함 | |
