現代センシング技術体系の中で、超音波センサは独特の技術特性によって、工業、医療、セキュリティーなどの分野の自働化アップグレードの鍵を支えます。非接触型の測定、高精度なフィードバック、幅広い適用性を強みとし、原理、コア機能、応用シーン、業界代表企業の4つの軸で分析していきます。

一、超音波センサの核心的な動作原理です

超音波センサの動作ロジックは超音波の反射特性に基づいており、全体の流れは「送信-反射-受信-計算」の4ステップに分けられます。具体的には以下の通りです。

発信:センサ内部の圧電チップ(コアトランスデューサ)に通電して機械振動を発生させ、指向性が強く波長が短い20kHz以上の超音波(人の耳では感知できない)を発します。

超音波が対象物(固体、液体、粉など)に当たると、「エコー」と呼ばれる反射が起こります。エコーの強さは、対象物の材質や表面の水平度に関係します。

受信:センサの圧電ウエハーが再び働き、受信した反射エコーを電気信号に変換します。

データの計算です電気信号の伝播時間(超音波の送信から受信までの往復時間)と強度を分析し、空気中の超音波の伝播速度(約340m/s)と組み合わせて、物体の距離、位置、速度、厚さなどの重要なパラメータを計算します。

二、超音波センサの4つのコア機能です

非接触式測定:対象物と直接接触する必要がなく、従来の接触式測定による物体表面の摩耗(例えば金属工作物の検査)を避けることができ、測定中の物体の汚染(例えば食品、医薬業界の物質検査)を防ぐことができます。

高精度データのフィードバック:超音波の往復時間の正確な計算(マイクロ秒のレベルまで正確にすることができます)に頼って、ミリのレベルの距離の測定を実現することができて、液位の監視、ワーク厚の検出などのシーンで、誤差は極めて小さい範囲で制御することができます。

全シーン材質適応:物体の色、透明度、材質の制限を受けません。透明なガラス、金属部品、液体媒体、粉状の材料(小麦粉、セメントなど)、すべて安定した検出ができます。光学センサが透明/濃い色の物体の検出に失敗する問題を解決します。

リアルタイム性応答:信号送信からデータ出力までの遅延が極めて短く(通常ミリ秒レベル)、測定結果を迅速にフィードバックすることができ、自動化生産ライン、ロボットナビゲーションなどのリアルタイム性が要求されるシーンに対応し、動的制御のためのタイムリーなデータサポートを提供します。

三、超音波センサの多様な応用シナリオです

(一)工業分野:生産自働化と安全監視を賦能します

可逆検査:金属パイプ、圧力容器などの設備内部の探傷に用いられ、超音波透過性により材料内部のひび割れ、気孔などの欠陥を検査し、設備運行中の構造問題による安全事故を回避します。

液位監視:化学工業タンク、石油タンクの中で、液体の高さの変化をリアルタイムで監視し、液位が安全範囲を超えた時、自働的に警告します。漏れやオーバーフローを防止し、安全な生産を保障します。

自働化制御:自働車部品の生産ライン、電子部品の組み立てラインで、材料のポジショニング(部品の位置確認など)、カウント(ベルト上の製品数の統計)、仕分け(不良品の選別)に使用して、生産効率と精度を高めます。

(2)医療分野:診断と治療の支援です

超音波は、画像診断のコア技術の1つです。超音波は肝臓、子宮、心臓などの臓器を超音波でスキャンし、リアルタイムの画像を生成します。彩超はさらに血流を示し、心血管疾患の診断に役立ちます。

治療補助:超音波治療器では、センサーが特定の周波数の超音波エネルギーを発生し、病変部位(関節の炎症、筋肉の損傷など)に作用し、熱効果、機械効果によって痛みを緩和し、組織の修復を促進し、物理治療の技術的サポートを提供します。

(三)セキュリティと交通分野:セキュリティを強化します

侵入検知:住宅団地、工場の塀、変電所などの閉鎖区域で、超音波センサーが「無形のモニタリング網」を形成し、人や物体が違法に監視範囲に入った時、センサーが警報をトリガーして、直ちに警備員に注意を促します。

車両衝突防止:自動運転・運転支援システムでは、レーダーやカメラと連携して、車両周辺の障害物(歩行者や他の車両、ガードレールなど)を検知し、接近すると衝突警報を発し、さらにブレーキ制御まで支援して、交通事故のリスクを軽減します。

(四)その他の分野:応用の境界を広げます

環境監視:環境保護の分野では、水質監視(超音波の伝播速度を介して水質汚染の程度を判断)、大気質監視(空気中の粒子状物質の濃度を検出)、環境管理のためのデータを提供するために参照します。

ロボットナビゲーション:サービスロボット(例えばレストランの配達ロボット)、工業検査ロボットの中で、センサーはリアルタイムで前方の障害物を検出して、ロボットが移動経路を計画して、障害物を回避することを支援して、ロボットが復雑な環境の中で安定して運行することを確保します。