Detekcja ultradźwiękowa jest najczęściej stosowana w zastosowaniach przemysłowych do wykrywania ukrytych ścieżek, nieciągłości w metalach, kompozytach, tworzywach sztucznych, ceramice oraz do wykrywania poziomu wody. W tym celu prawa fizyki, które wskazują na rozchodzenie się fal dźwiękowych przez ciała stałe, są wykorzystywane od czasu, gdy czujniki ultradźwiękowe wykorzystują do wykrywania dźwięk zamiast światła.
Jaka jest zasada wykrywania ultradźwiękowego?
Definicja fali dźwiękowej
Dźwięk to mechaniczna fala przechodząca przez media, które mogą być ciałem stałym, cieczą lub gazem. Fale dźwiękowe mogą przemieszczać się przez media z określoną prędkością zależną od medium propagacji. Fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości odbijają się od granic i wytwarzają charakterystyczne wzory echa.
Prawa fizyki dla fal dźwiękowych
Fale dźwiękowe mają określone częstotliwości lub liczbę oscylacji na sekundę. Ludzie mogą wykrywać dźwięki w zakresie częstotliwości od około 20 Hz do 20 kHz. Jednak zakres częstotliwości zwykle używany w wykrywanie ultradźwiękowe wynosi od 100 kHz do 50 MHz. Prędkość ultradźwięków w określonym czasie i temperaturze jest stała w ośrodku.
W = C / F (lub) W = CT
Gdzie W = długość fali
C = prędkość dźwięku w medium
F = częstotliwość fali
T = okres czasu
Najpopularniejsze metody badania ultradźwiękowego wykorzystują fale podłużne lub poprzeczne. Fala podłużna jest falą kompresji, w której ruch cząstek jest w tym samym kierunku co fala propagacyjna. Fala ścinająca to ruch falowy, w którym ruch cząstek jest prostopadły do kierunku propagacji. Detekcja ultradźwiękowa wprowadza fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości do badanego obiektu, aby uzyskać informacje o obiekcie bez jego zmiany lub uszkodzenia. W detekcji ultradźwiękowej mierzone są dwie wartości.
Czas potrzebny na przejście dźwięku przez medium i amplitudę odbieranego sygnału. Na podstawie prędkości i czasu można obliczyć grubość.
Grubość materiału = prędkość dźwięku materiału X czas walki
Przetworniki do propagacji fal i wykrywania cząstek
Do wysyłania fal dźwiękowych i odbierania echa zostaną użyte czujniki ultradźwiękowe, zwane zwykle nadajnikami lub przetwornikami. Działają na zasadzie podobnej do radaru, który przekształca energię elektryczną w energię mechaniczną w postaci dźwięku i odwrotnie.
Powszechnie stosowanymi przetwornikami są przetworniki kontaktowe, przetworniki kątowe, przetworniki linii opóźniającej, przetworniki zanurzeniowe i przetworniki dwuelementowe. Przetworniki stykowe są zwykle używane do lokalizowania pustek i pęknięć na zewnętrznej powierzchni części, a także do pomiaru grubości. Przetworniki kątowe wykorzystują zasadę odbicia i konwersji modów do wytworzenia załamanych fal ścinających lub podłużnych w badanym materiale.
Przetworniki linii opóźniającej to jednoelementowe przetworniki fali podłużnej używane w połączeniu z wymienną linią opóźniającą. Jednym z powodów wyboru przetwornika linii opóźniającej jest to, że można poprawić rozdzielczość przypowierzchniową. Opóźnienie umożliwia zatrzymanie drgań elementu przed odebraniem sygnału zwrotnego z reflektora.
Głównymi zaletami oferowanymi przez przetworniki zanurzeniowe w porównaniu z przetwornikami kontaktowymi są: Jednolite sprzężenie zmniejsza wahania czułości, Skraca czas skanowania i zwiększa czułość na małe odbłyśniki.
Działanie czujników ultradźwiękowych:
Gdy do przetwornika ultradźwiękowego przyłożony jest impuls elektryczny o wysokim napięciu, wibruje on w określonym spektrum częstotliwości i generuje wybuch fal dźwiękowych. Zawsze, gdy przed czujnikiem ultradźwiękowym pojawi się jakakolwiek przeszkoda, fale dźwiękowe odbijają się w postaci echa i generują impuls elektryczny. Oblicza czas między wysłaniem fal dźwiękowych a odebraniem echa. Wzorce echa zostaną porównane z wzorami fal dźwiękowych, aby określić stan wykrytego sygnału.
3 Aplikacje wykorzystujące detekcję ultradźwiękową:
Odległość przeszkody lub nieciągłości w metalach jest związana z prędkością fal dźwiękowych w ośrodku, przez które przechodzą fale, oraz z czasem potrzebnym na odbiór echa. W związku z tym detekcja ultradźwiękowa może być stosowana do znajdowania odległości między cząstkami, do wykrywania nieciągłości w metalach i do wskazywania poziomu cieczy.
- Ultradźwiękowy pomiar odległości
Czujniki ultradźwiękowe są używane do pomiarów odległości. Gadżety te regularnie przesyłają krótki impuls ultradźwiękowego dźwięku do celu, który odbija dźwięk z powrotem do czujnika. Następnie system mierzy czas powrotu echa do czujnika i oblicza odległość do celu na podstawie prędkości dźwięku w medium.
W dostępnych w przemyśle ultradźwiękowych urządzeniach czyszczących stosowane są różnego rodzaju przetworniki. Przetwornik ultradźwiękowy jest przymocowany do naczynia ze stali nierdzewnej, które jest wypełnione rozpuszczalnikiem i jest nakładane na niego falą prostokątną, nadając cieczy energię drgań.
Ultradźwiękowy czujnik odległości
Ultradźwiękowe czujniki odległości mierzą odległość za pomocą sonaru, a dudnienie ultradźwiękowe (znacznie powyżej ludzkiego słuchu) jest transmitowane z urządzenia, a odległość do celu jest określana przez pomiar czasu potrzebnego do powrotu echa. Sygnał wyjściowy z czujnika ultradźwiękowego to pobudzenie o zmiennej szerokości, które porównuje się z odległością do celu.
8 Cechy ultradźwiękowego czujnika odległości:
- Napięcie zasilania: 5 V (DC).
- Prąd zasilania: 15mA.
- Częstotliwość modulacji: 40 Hz.
- Wyjście: 0-5 V (wyjście wysokie, gdy przeszkoda wykryta w zasięgu).
- Kąt wiązki: maks. 15 stopni.
- Odległość: 2cm - 400cm.
- Dokładność: 0,3 cm.
- Komunikacja: dodatni impuls TTL.
Działanie ultradźwiękowego czujnika odległości:
Moduł czujnika ultradźwiękowego składa się z jednego nadajnika i jednego odbiornika. Nadajnik może dostarczać dźwięk ultradźwiękowy 40 KHz, podczas gdy maksymalny odbiornik jest zaprojektowany do przyjmowania tylko fal dźwiękowych 40 KHz. Czujnik ultradźwiękowy odbiornika, który jest umieszczony obok nadajnika, powinien więc być w stanie odbierać odbite 40 kHz, gdy moduł napotka jakąkolwiek przeszkodę z przodu. Tak więc, ilekroć przed modułem ultradźwiękowym pojawiają się przeszkody, oblicza on czas potrzebny od wysłania sygnałów do ich odebrania, ponieważ czas i odległość są związane z falami dźwiękowymi przechodzącymi przez powietrze z prędkością 343,2 m / s. Po odebraniu sygnału program MC w trakcie wykonywania wyświetla dane tj. Odległość zmierzoną na LCD sprzężonym z mikrokontrolerem w cm.
Obwód ultradźwiękowego czujnika odległości
Charakterystyczne jest, że aplikacje robotyki są bardzo popularne, ale produkt ten może być również przydatny w systemach bezpieczeństwa lub jako zamiennik podczerwieni, jeśli jest to pożądane.
- Przetwornik ultradźwiękowy do wykrywania poziomu wody
Wykrywanie ultradźwiękowe
Schemat blokowy bezdotykowego regulatora poziomu cieczy
bezdotykowy kontroler poziomu cieczy
Powyższy schemat obwodu przedstawia bezdotykowy kontroler poziomu cieczy na tym schemacie moduł czujnika ultradźwiękowego jest połączony z mikrokontrolerem. Zawsze, gdy odległość mierzona w cm spada poniżej wartości zadanej, pompa uruchamia się, wyczuwając wychodzący sygnał i odbierając poziom dochodzący do przetwornika ultradźwiękowego, który jest podawany do mikrokontrolera. Gdy mikrokontroler otrzyma sygnał z przetwornika ultradźwiękowego, aktywuje przekaźnik poprzez tranzystor MOSFET, który włączał lub wyłączał pompę.
- Ultradźwiękowe wykrywanie przeszkód
Czujniki ultradźwiękowe są używane do wykrywania obecności celów i pomiaru odległości do celów w wielu zrobotyzowanych zakładach przetwórczych i zakładach przetwórczych. Dostępne są czujniki z wyjściem cyfrowym WŁ. Lub WYŁ. Do wykrywania obecności obiektów, a czujniki z wyjściem analogowym, które zmienia się w zależności od czujnika, są dostępne w handlu.
Ultradźwiękowy czujnik przeszkód składa się z zestawu odbiornika ultradźwiękowego i nadajnika, które działają na tej samej częstotliwości. Punkt, w którym coś porusza się w strefie zabezpieczonej drobnym przesunięciem obwodu, ulega pogorszeniu i włącza się brzęczyk / alarm.
Ultradźwiękowy czujnik przeszkód
Funkcje:
- Pobór mocy 20 mA
- Komunikacja impulsowa
- Wąski kąt akceptacji
- Zapewnia dokładne, bezkontaktowe oszacowanie separacji w zakresie od 2 cm do 3 m
- Dioda LED punktu wybuchu pokazuje szacunkowe postępy
- 3-stykowe złącze ułatwia podłączenie za pomocą łącza programistycznego serwomechanizmu
Specyfikacje:
- Zasilanie: 5 V DC
- Prąd spoczynkowy:<15mA
- Efektywny kąt:<15°
- Zasięg: 2 cm - 350 cm
- Rozdzielczość: 0,3 cm
- Cykl wyjściowy: 50 ms
Czujnik wykrywa obiekty, emitując krótki impuls ultradźwiękowy, a następnie nasłuchując eco. Pod kontrolą mikrokontrolera hosta czujnik emituje krótką eksplozję 40 kHz. Ta eksplozja zapuszcza się lub przemieszcza w powietrzu, uderza w artykuł, a następnie ponownie odbija się od czujnika.
Czujnik dostarcza impuls wyjściowy do hosta, który kończy się po wykryciu echa, stąd szerokość jednego impulsu do następnego jest brana do obliczeń przez program, aby zapewnić wyniki w odległości od obiektu.
Teraz zrozumiałeś zastosowania i podstawową koncepcję wykrywania ultradźwiękowego, jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące tego tematu lub elektryczności i bezdotykowy kontroler poziomu cieczy zostaw sekcję komentarzy poniżej.
