Ultrazvučna detekcija najčešće se koristi u industrijskim aplikacijama za otkrivanje skrivenih tragova, diskontinuiteta u metalima, kompozitima, plastikama, keramici i za otkrivanje razine vode. U tu svrhu koriste se zakoni fizike koji ukazuju na širenje zvučnih valova kroz čvrste materijale od ultrazvučnih senzora koji za otkrivanje koriste zvuk umjesto svjetlosti.
Koji je princip ultrazvučne detekcije?
Definiranje zvučnog vala
Zvuk je mehanički val koji putuje kroz medije, koji mogu biti krutina, tekućina ili plin. Zvučni valovi mogu putovati kroz medije s određenom brzinom koja ovisi o mediju širenja. Zvučni valovi koji imaju visoku frekvenciju odbijaju se od granica i proizvode karakteristične uzorke odjeka.
Zakoni fizike za zvučne valove
Zvučni valovi imaju specifične frekvencije ili broj oscilacija u sekundi. Ljudi mogu otkriti zvukove u frekvencijskom rasponu od oko 20Hz do 20 KHz. Međutim, frekvencijski raspon koji se obično koristi u ultrazvučna detekcija iznosi 100 KHz do 50 MHz. Brzina ultrazvuka u određeno vrijeme i temperatura je u mediju konstantna.
W = C / F (ili) W = CT
Gdje je W = duljina vala
C = Brzina zvuka u mediju
F = frekvencija vala
T = vremensko razdoblje
Najčešće metode ultrazvučnog pregleda koriste se uzdužnim ili posmičnim valovima. Uzdužni val je val kompresije u kojem je kretanje čestica u istom smjeru vala širenja. Smični val je valno gibanje u kojem je kretanje čestica okomito na smjer širenja. Ultrazvučna detekcija uvodi visokofrekventne zvučne valove u testni objekt kako bi se dobili podaci o njemu, a da ga na bilo koji način ne mijenjaju ili oštećuju. U ultrazvučnoj detekciji mjere se dvije vrijednosti.
Količina vremena koja zvuku treba da putuje kroz medij i amplitudu primljenog signala. Na temelju brzine i vremena može se izračunati debljina.
Debljina materijala = Brzina zvuka materijala X Vrijeme borbe
Pretvarači za širenje valova i otkrivanje čestica
Za slanje zvučnih valova i primanje odjeka koristit će se ultrazvučni senzori, koji se obično nazivaju primopredajnici ili pretvarači. Rade na principu sličnom radaru koji će pretvoriti električnu energiju u mehaničku u obliku zvuka i obrnuto.
Često korišteni pretvarači su pretvarači s kontaktima, pretvarači s kutnim snopom, pretvarači s odgodnim vodovima, uronjeni pretvarači i pretvarači s dvostrukim elementima. Kontaktni pretvarači obično se koriste za lociranje praznina i pukotina na vanjskoj površini dijela kao i za mjerenje debljine. Pretvarači kutnih zraka koriste princip refleksije i pretvorbe načina za stvaranje prelomljenih posmičnih ili uzdužnih valova u ispitnom materijalu.
Pretvornici kašnjenja crte su jednostruki longitudinalni pretvarači valova koji se koriste zajedno sa zamjenjivom linijom kašnjenja. Jedan od razloga odabira pretvarača linije kašnjenja je taj što se može poboljšati razlučivost u blizini površine. Kašnjenje omogućuje elementu da prestane vibrirati prije nego što se može primiti povratni signal od reflektora.
Glavne prednosti koje nude uronjeni pretvarači nad kontaktnim pretvaračima su ujednačena sprega smanjuje varijacije osjetljivosti, skraćuje vrijeme skeniranja i povećava osjetljivost na male reflektore.
Rad ultrazvučnih senzora:
Kada se na ultrazvučni pretvarač primijeni električni impuls visokog napona, on vibrira kroz određeni spektar frekvencija i generira rafal zvučnih valova. Kad god se neka prepreka nađe ispred ultrazvučnog senzora, zvučni će se valovi odraziti natrag u obliku jeke i generirati električni impuls. Izračunava vrijeme potrebno između slanja zvučnih valova i primanja odjeka. Uzorci odjeka uspoređivat će se s uzorcima zvučnih valova kako bi se utvrdilo stanje otkrivenog signala.
3 aplikacije koje uključuju ultrazvučnu detekciju:
Udaljenost prepreke ili diskontinuiteta u metalima povezana je s brzinom zvučnih valova u mediju kroz koji prolaze valovi i vremenom potrebnim za prijem eha. Stoga se ultrazvučna detekcija može koristiti za određivanje udaljenosti između čestica, za otkrivanje diskontinuiteta u metalima i za pokazivanje razine tekućine.
- Ultrazvučno mjerenje udaljenosti
Ultrazvučni senzori koriste se za primjenu mjerenja udaljenosti. Ovi uređaji redovito prenose kratki rafal ultrazvučnog zvuka na cilj koji reflektira zvuk natrag na senzor. Tada sustav mjeri vrijeme povratka jeke na senzor i izračunava udaljenost do cilja koristeći brzinu zvuka unutar medija.
Različite vrste pretvarača koriste se u industrijski dostupnim ultrazvučnim uređajima za čišćenje. Ultrazvučni pretvarač pričvršćen je na posudu od nehrđajućeg čelika koja je napunjena otapalom i na njega se nanosi kvadratni val koji daje energiju vibracija na tekućinu.
Ultrazvučni senzor udaljenosti
Ultrazvučni senzori udaljenosti mjere udaljenost pomoću sonara, a ultrazvučni (znatno iznad ljudskog sluha) otkucaj prenosi se s jedinice, a udaljenost do cilja određuje se mjerenjem vremena potrebnog za povratak odjeka. Izlaz ultrazvučnog senzora otkucaj je promjenjive širine koji se uspoređuje s udaljenostom do cilja.
8 značajki ultrazvučnog senzora udaljenosti:
- Napon napajanja: 5V (DC).
- Opskrbna struja: 15mA.
- Frekvencija modulacije: 40Hz.
- Izlaz: 0 - 5V (Izlaz visok kada se prepreka otkrije u dometu).
- Kut snopa: Max 15 stupnjeva.
- Udaljenost: 2cm - 400cm.
- Točnost: 0,3 cm.
- Komunikacija: pozitivan TTL puls.
Rad ultrazvučnog senzora udaljenosti:
Modul ultrazvučnog senzora sastoji se od jednog odašiljača i jednog prijemnika. Odašiljač može pružiti ultrazvučni zvuk od 40 KHz, dok je maksimalni prijemnik dizajniran da prihvati samo 40 KHz zvučnih valova. Prihvatni ultrazvučni senzor koji se nalazi pored odašiljača tako će moći primiti odbijenih 40 KHz, kada se modul suoči s bilo kojom preprekom ispred. Dakle, kad god bilo kakva prepreka dođe ispred ultrazvučnog modula, izračunava vrijeme potrebno od slanja signala do njihovog primanja, budući da su vrijeme i udaljenost povezani za zvučne valove koji prolaze kroz zračni medij brzinom 343,2 m / s. Nakon primanja signala program MC tijekom izvršenja prikazuje podatke, tj. Udaljenost izmjerenu na LCD-u povezanu s mikrokontrolerom u cm.
Krug ultrazvučnog osjetnika udaljenosti
Karakteristično je da su robotičke aplikacije vrlo popularne, ali ovaj će vam proizvod biti koristan i u sigurnosnim sustavima ili kao infracrvena zamjena ako želite.
- Ultrazvučni pretvarač za otkrivanje razine vode
Ultrazvučna detekcija
Blok shema za beskontaktni regulator razine tekućine
beskontaktni regulator razine tekućine
Gornji shematski prikaz prikazuje beskontaktni regulator razine tekućine na ovom je dijagramu ultrazvučni senzorski modul povezan s mikrokontrolerom. Kad god razina razine izmjerena u cm padne ispod zadane vrijednosti, crpka započinje osjetom kako signal izlazi i prima nivo koji dolazi do ultrazvučnog pretvarača koji se dovodi na mikrokontroler. Kad mikrokontroler primi signal od ultrazvučnog pretvarača, on aktivira relej preko MOSFET-a koji je pumpu radio UKLJUČENO ili ISKLJUČENO.
- Ultrazvučno otkrivanje prepreka
Ultrazvučni senzori koriste se za otkrivanje prisutnosti ciljeva i za mjerenje udaljenosti do ciljeva u mnogim robotiziranim pogonima za preradu i procesna postrojenja. Dostupni su senzori s UKLJUČENIM ili ISKLJUČENIM digitalnim izlazom za otkrivanje prisutnosti predmeta, a senzori s analognim izlazom koji se mijenja u odnosu na senzor na ciljnu udaljenost odvajanja su komercijalno dostupni.
Ultrazvučni senzor prepreke sastoji se od skupa ultrazvučnog prijemnika i odašiljača koji rade na istoj frekvenciji. Točka kada se nešto pomakne u zoni koja osigurava fini pomak kruga se pogoršava i aktivira se zujalo / alarm.
Ultrazvučni senzor prepreke
Značajke:
- Potrošnja energije od 20mA
- Pulsna ulazno / vanjska komunikacija
- Uski kut prihvaćanja
- Pruža točne, beskontaktne procjene razdvajanja unutar 2 cm do 3 m
- LED točka eksplozije prikazuje procjene napretka
- 3-pinsko zaglavlje olakšava povezivanje pomoću servo razvojne veze
Tehnički podaci:
- Napajanje: 5V DC
- Struja mirovanja:<15mA
- Stvarni kut:<15°
- Udaljenost udaljenosti: 2cm - 350 cm
- Razlučivost: 0,3 cm
- Izlazni ciklus: 50ms
Senzor otkriva predmete emitirajući kratki ultrazvučni rafal, a zatim osluškujući ekološki. Pod kontrolom glavnog mikrokontrolera, senzor emitira kratku eksploziju od 40 kHz. Ova eksplozija krene zrakom ili putuje zrakom u članak, a nakon toga se ponovno odbija do senzora.
Senzor pruža izlazni impuls hostu koji će se završiti kada se detektira eho, pa se u izračun uzima program kako bi se pružili rezultati na udaljenosti objekta od širine jednog do drugog impulsa.
Sada ste shvatili primjene i osnovni koncept ultrazvučne detekcije ako postoje bilo kakva pitanja u vezi s ovom temom ili u vezi s električnim i beskontaktni regulator razine tekućine ostavite odjeljak komentara ispod.
