Was ist ein Ultraschallsensor?
Ein Ultraschallsensor ist ein elektronisches Bauteil, welches Abstände zu einem Objekt mittels eines hochfrequenten Schallimpulses messen kann. Ultraschallsensoren unterscheiden sich in ihrer Bauweise und des Messbereichs. Leistungsstarke Ultraschallsensoren können Entfernungen von mehreren Metern messen. Einige Ultraschallsensoren sind komplett wasserdicht und können dadurch auch unter Wasser eingesetzt werden.
Wie misst ein Ultraschallsensor?
Ein Sender am Ultraschallsensor strahlt einen hochfrequenten Schallimpuls aus. Trifft der Schallimpuls nun auf ein Objekt, wird er von diesem reflektiert. Ein Empfänger am Ultraschallsensor erkennt den reflektierten Schallimpuls und kann nun aus der vergangenen Zeit zwischen Senden und Empfangen des Schallimpulses die Entfernung zum Objekt berechnen.
Verwendung von Ultraschallsensoren in Elektronik Projekten
Ultraschallsensoren können über ein Prototyping Board mit einem Entwicklerboard verbunden werden oder direkt an die Pins des Entwicklerboards angeschlossen werden. Der Pin Gnd ist die Erdung (Pluspol), er muss an die Erdung des Boards angeschlossen werden. Vcc ist der Minuspol, welcher den Ultraschallsensor mit Strom versorgt. Er wird an die Spannung (in der Regel 5V) am Board angeschlossen. Über den Pin „Echo“ kann auf die Messwerte des Ultraschallsensors zugegriffen werden. Der Output liefert den gemessenen Wert in Zentimetern.
Einsatzgebiete
- Hinderniserkennung
- Abstandsmessung
- Füllstandmessung
- Roboterpositionierung
- Anwesenheitskontrolle
Anwendungsbeispiele von Ultraschallsensoren
- Staubsaugerroboter
- Rasenmäher Roboter
- KFZ Einparkhilfen
- Händetrockner
- Vollkastenkontrolle in Pfandautomaten
- Fahrzeugerkennung bei Schrankenanlagen
Probleme beim messen
Beim Messen mit Ultraschallsensoren kann es zu Messungenauigkeiten kommen. Zwar lassen sich massive Objekte aus Holz, Beton oder Metall problemlos vom Ultraschallsensor erkennen, jedoch kann es bei Objekten aus schalldämpfenden Materialien wie Textilien, Schaumstoffen oder Watte zu Problemen kommen, da weiche Stoffe den Schallimpuls sehr stark oder komplett absorbieren können. Ein weiteres Problem bei der Messung tritt auf, wenn der Schallimpuls nicht senkrecht auf ein Objekt trifft und von diesem umgelenkt wird. Schräg stehende Objekte können dadurch u. U. nicht von einem Ultraschallsensor erkannt werden.
Messprobleme durch Umlenkung des Schallimpulses können ebenfalls auftreten, wenn sich der Ultraschallsensor in einem engen Raum, bestehend aus harten Oberflächen, befindet. Der Schallimpuls kann dadurch mehrfach umgelenkt werden, was die zum einen die Reichweite einschränkt und zu Problemen in der Messung führt.
Einflüsse durch die Umgebung
Leichte Umwelteinflüsse wie Staub oder Rauch beeinträchtigen die Messgenauigkeit eines Ultraschallsensors nicht. Starke Winde oder heftige Niederschläge wie Schnee oder Regen können diese jedoch beeinträchtigen. Ein weiterer Faktor, der zu beachten ist, ist Zusammensetzung der Atmosphäre, in welcher der Ultraschallsensor betrieben wird. Ultraschallsensoren sind für den Einsatz in unserer Atmosphäre konzipiert. Der Einsatz in Gasen sorgt für Messfehler, da sich der Schallimpuls in Gasen langsamer fortbewegt.
