В условиях глобальной волны новой технологической революции Китай определил семь стратегически важных развивающихся отраслей: энергосбережение и охрана окружающей среды, новые источники энергии, информационные технологии нового поколения, биотехнологии, производство высокотехнологичного оборудования, новые материалы и автомобили на новых источниках энергии. В то же время, поскольку Интернет вещей представляет собой расширение и применение интернет-технологий, а также связан с постоянными инновациями в сфере производительности и средств производства, механическое и электрическое оборудование для угольных шахт также переживает быстрое развитие и внедрение. В процессе добычи угля механическое и электрическое оборудование играет всё более значимую роль, проникая во все этапы производственной линии. В шахтах было внедрено и начато эксплуатировать большое количество горнодобывающего оборудования, что привело к соответствующему росту объёмов добычи угля. Однако этот рост добычи создал новый вызов: как безопасно и эффективно транспортировать добытый уголь из шахты. Для решения этой проблемы китайские угольные шахты приняли такие меры, как увеличение числа локомотивов для перевозки, повышение скорости электровозов и круглосуточная эксплуатация локомотивов — 24 часа в сутки. В результате водители подвергаются риску усталости за рулём и потери концентрации внимания, что создаёт множество опасностей для безопасности. Поэтому разработка системы сигнализации для предотвращения столкновений локомотивов стала чрезвычайно важной для обеспечения безопасности угольных шахт. Ключевая технология этой системы заключается в измерении расстояния — способности определять расстояние между локомотивом и любыми препятствиями впереди. Сегодня ультразвуковые датчики, прошедшие тщательную проверку в многочисленных промышленных приложениях, представляют собой идеальное решение как для измерения расстояния, так и для обнаружения объектов. Как типичный метод бесконтактного измерения, ультразвуковое зондирование широко применяется во многих областях, включая промышленное автоматизированное управление, геодезию в строительстве и роботизированное визуальное распознавание. По сравнению с другими методами измерения расстояния, ультразвуковое зондирование не зависит от таких факторов, как уровень освещённости, дым или электромагнитные помехи. Сейчас оно повсеместно используется в системах заднего хода, на строительных площадках и в различных промышленных средах. В последние годы усилия по расширению эффективного диапазона ультразвуковых систем зондирования, одновременно повышая их точность измерений и помехоустойчивость, стали ещё одним важным направлением исследований в области ультразвукового зондирования.
　　Принцип работы ультразвукового датчика расстояния
　　Ультразвуковой прибор для измерения расстояния состоит из трёх основных компонентов: ультразвукового передатчика, приёмника и блока обработки сигнала. Как особый вид звуковых волн, ультразвуковые волны обладают теми же фундаментальными физическими характеристиками, что и обычные звуковые волны. Ультразвуковое измерение расстояния основано именно на использовании отражательных свойств этих волн. Ультразвуковой передатчик непрерывно излучает серию последовательных импульсов — например, ультразвуковые волны частотой 30 кГц — и подаёт короткий импульс на схему логики измерений. Когда приёмник обнаруживает отражённую волну, которая возвращается от препятствия после его встречи, он также посылает короткий импульс на схему логики измерений. Затем бистабильная схема преобразует эти два коротких импульса в прямоугольный импульс. Ширина этого прямоугольного импульса соответствует временному интервалу между двумя короткими импульсами. Измерив ширину этого прямоугольного импульса, мы можем определить расстояние между передатчиком и объектом-целью. Кроме того, измерив ширину выходного импульса — временной интервал между излучением и приёмом ультразвуковой волны — мы можем вычислить расстояние [S] между локомотивом и препятствием по следующей формуле: \[ S = \frac{1}{2} v t \] где: - \( v \) — скорость звука (то есть скорость ультразвуковых волн); - \( t \) — временной интервал между излучением и приёмом ультразвуковой волны.
　　Хотя ультразвуковые датчики расстояния обладают многими преимуществами, диапазон обнаружения при ультразвуковом измерении расстояния зависит как от мощности передачи, так и от чувствительности приёмника. Чем выше мощность передачи, тем сильнее возвращающийся эхо-сигнал и тем больше расстояние, которое можно измерить. Однако это также приводит к побочному эффекту: чем длиннее время реверберации, тем сложнее измерять объекты на близких расстояниях. Кроме того, при измерении препятствий на больших расстояниях возвращаемые эхо-сигналы становятся всё слабее, что требует их предварительного усиления с помощью усилительной схемы. Чем выше коэффициент усиления, тем выше чувствительность и тем больше расстояние, которое можно измерить; однако одновременно усиливаются и помеховые сигналы, что приводит к ошибкам измерений. Таким образом, тщательно регулируя мощность передачи и чувствительность приёмника, можно добиться оптимального баланса между диапазоном измерений и стабильностью.
　　Учитывая сложную обстановку в самих угольных шахтах и стремясь обеспечить дальнее ультразвуковое измерение расстояния, сайт Gongcai.com рекомендует высокопроизводительный ультразвуковой датчик дальности MaxBotix — ультразвуковой преобразователь MB7040. Этот продукт представляет собой промышленный наружный датчик I2CXL-MaxSonar-WR с прочным корпусом из ПВХ, обеспечивающим степень защиты IP67. Эти датчики способны осуществлять обнаружение на расстояниях от коротких до длинных и отличаются узким углом луча. С другой стороны, наружный ультразвуковой датчик I2CXL-MaxSonar-WR обладает высокой выходной мощностью, функцией подавления шумов и возможностью автоматической калибровки. Помимо стандартной модели I2CXL-MaxSonar-WR, мы также разработали вариант F, предназначенный для использования в особо опасных химических средах, где требуется дополнительная защита. Высокоагрессивные газы или жидкости могут ухудшать работу или повреждать чувствительные устройства. Поэтому мы предоставляем химически инертное уплотнение, которое позволяет нашим датчикам надежно работать в любых химических средах. Помимо химической стойкости, эти датчики демонстрируют повышенную эффективность работы в условиях повышенной влажности или запыленности.