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音波・超音波センサー


「音波・超音波センサー」について説明します。



1.音波・超音波センサーとは


「音波」は人間の聞き取れる可聴周波数として、20Hz か ら 10kHz 程度までの波を言います。
これよりも高い周波数の波は、「超音波」と呼ばれ ています。

「超音波センサー」は、「超音波」を利用してモノの変化をとらえる「センサー」です。

自然界に おいては、「超音波」は生物のコミュニケーションや障害物探知の手段として利用 されています。
コウモリが暗闇を飛ぶことができるのは「超音波レーダー」を使ってい ることが知られています。

「超音波」の発生原理はフランスの科学者ランジュパン(Paul Langevin)により およそ 100年前に発明されました。
当時は第一次世界大戦中でドイツの潜水艦U ボートを発見するための「センサー」技術として各国とも力を入れていました。

現在でも この原理は応用されており、「軍事用のソナー」や、民生用としては「魚群探知機」などに利用されています。


2.音波センサー


「音波」は空気などを媒体にしています。
「音波センサー」は、音の圧力を検知する「センサー」です。
音の検出を行う「センサー」は一般に「マイクロホン」と呼ばれています。

「音波」 を受けた振動板が振動すると、この振動が圧電材料の一端に伝えられます。
ここ で、2枚の圧電材料を張り合わせておくと、1枚には圧縮応力、1枚には引張 応力が働きます。

これらの圧電材料からの出力の差分を取り出すことによって、高感度の「音波センサー」が実現できます。



3.超音波センサー


「超音波センサー」は、「送信器」から「超音波」を発信し、物体に当たったその「反射波」を「受信器」で受信します。

物体の有無や物体までの距離を測定することが出来ます。
特に、距離を測定するものを「距離センサー」と呼んでいます。

「赤外線センサー」は「赤外線」を用いていますが、「超音波センサー」は「超音波」を用いています。

コウモリは、「超音波」によって障害物を検出します。

「超音波」は、空気の振動となって伝わっていき、人間などの障害物にぶつかると、その振動の波は反射してきます。
水面を伝わる波が、壁に当たって反射してくるのと同じです。

このとき、気温に変化がなければ、「超音波」が空気中を伝わる速さは一定です。

この「超音波」を使って、物体に当たって反射が跳ね返ってくるまでの時間を計測し、「超音波」を発射した時間との差を求めれば、対象までの距離を測ることが出来ます。

仕組みは、基本的には「超音波」を発生させる部分と、物体に当たって跳ね返ってきた「超音波」を検出する部分とで構成されています。
どちらも、マイクロフォンと同じ原理が使われています。

■測定方法には以下の2つの種類があります。

  1. 反射型
    「反射型」は、「送信器」と「受信器」が一体になっています。
    「送信器」からは発した「超音波」が物体に当たって反射波を「受信器」で受信します。
    「物体の有無」、「距離」を測定します。

  2. 透過型
    「透過型」は、「送信器」と「受信器」が別になっています。
    「送信器」から発した「超音波」を「受信器」で受信します。
    「受信器」で「超音波」が入らなかったり弱くなったりで「物体の有無」を判別します。
    「超音波」は、周波数が高い音であり、空気を媒体にしているため風の吹くところなどでは、障害物を回り込み正しい結果が得られない場合があります。

です。

距離の精度としては、他にも優れた「センサー」がたくさん開発されていますが、使いやすさと安価に入手できるという点では、「超音波センサー」に勝るものはないといっても良いかもしれません。


4.超音波センサーの用途


「超音波センサー」の用途としては次のようなものがあります。

  • ロボット

  • 水中音響探知機(ソナー)

  • 魚群探知機(測深器)

  • 距離計(各種防犯 装置)

  • 超音波リモコン

などたくさんあります。


●「音波・超音波を検出」の関連ページです。


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