Ultrazvuková detekcia - základy a použitie

Vyskúšajte Náš Nástroj Na Odstránenie Problémov





Ultrazvuková detekcia sa najčastejšie používa v priemyselných aplikáciách na detekciu skrytých stôp, diskontinuít v kovoch, kompozitoch, plastoch, keramike a na detekciu hladiny vody. Na tento účel sa používajú fyzikálne zákony, ktoré naznačujú šírenie zvukových vĺn pevnými látkami, pretože ultrazvukové snímače na detekciu používajú namiesto zvuku zvuk.

Aký je princíp ultrazvukovej detekcie?

Definovanie zvukovej vlny




Zvuk je mechanická vlna prechádzajúca médiom, ktoré môže byť pevná látka, kvapalina alebo plyn. Zvukové vlny môžu prechádzať médiami so špecifickou rýchlosťou závislou od média šírenia. Zvukové vlny, ktoré majú vysokú frekvenciu, sa odrážajú od hraníc a vytvárajú charakteristické vzory ozveny.

Fyzikálne zákony pre zvukové vlny



Zvukové vlny majú špecifické frekvencie alebo počet kmitov za sekundu. Ľudia môžu detegovať zvuky vo frekvenčnom rozsahu od 20 Hz do 20 KHz. Frekvenčný rozsah sa však bežne používa v ultrazvuková detekcia je 100 KHz až 50MHz. Rýchlosť ultrazvuku v konkrétnom čase a teplote je v médiu konštantná.

W = C / F (alebo) W = CT


Kde W = vlnová dĺžka

C = rýchlosť zvuku v médiu

F = Frekvencia vlny

T = časové obdobie

Najbežnejšie metódy ultrazvukového vyšetrenia využívajú buď pozdĺžne vlny, alebo šmykové vlny. Pozdĺžna vlna je kompresná vlna, v ktorej je pohyb častíc v rovnakom smere šíriacej sa vlny. Šmyková vlna je vlnový pohyb, pri ktorom je pohyb častíc kolmý na smer šírenia. Ultrazvuková detekcia vnáša do testovaného objektu vysokofrekvenčné zvukové vlny, aby získala informácie o objekte bez toho, aby ich akýmkoľvek spôsobom zmenila alebo poškodila. Pri ultrazvukovej detekcii sa merajú dve hodnoty.

Čas, po ktorý zvuk prechádza stredom a amplitúdou prijatého signálu. Na základe rýchlosti a času je možné vypočítať hrúbku.

Hrúbka materiálu = rýchlosť zvuku materiálu X Time of Fight

Prevodníky na šírenie vĺn a detekciu častíc

Na vysielanie zvukových vĺn a prijímanie echa sa použijú ultrazvukové senzory, ktoré sa bežne nazývajú vysielače / prijímače alebo prevodníky. Pracujú na princípe podobnom radaru, ktorý premení elektrickú energiu na mechanickú vo forme zvuku a naopak.

Bežne používané meniče sú kontaktné meniče, meniče uhlového lúča, meniče oneskorenia, ponorné meniče a duálne meniče. Kontaktné snímače sa zvyčajne používajú na lokalizáciu dutín a trhlín na vonkajšom povrchu súčiastky, ako aj na meranie hrúbky. Prevodníky uhlového lúča využívajú princíp odrazu a premeny režimu na vytvorenie lomu v strihu alebo pozdĺžnych vĺn v testovanom materiáli.

Prevodníky oneskorenia sú jednočlenné snímače pozdĺžnych vĺn používané v spojení s vymeniteľným oneskorením. Jedným z dôvodov pre výber snímača oneskorenia je to, že je možné zlepšiť rozlíšenie blízkeho povrchu. Oneskorenie umožňuje prvku prestať vibrovať skôr, ako je možné prijať spätný signál z reflektora.

Hlavnými výhodami, ktoré ponúkajú ponorné snímače oproti kontaktným snímačom, sú jednotná väzba, ktorá znižuje variácie citlivosti, redukuje čas skenovania a zvyšuje citlivosť na malé reflektory.

Prevádzka ultrazvukových senzorov:

Keď sa na ultrazvukový prevodník aplikuje elektrický impulz vysokého napätia, vibruje cez konkrétne spektrum frekvencií a vytvára výbuch zvukových vĺn. Kedykoľvek dôjde k akejkoľvek prekážke pred ultrazvukovým senzorom, zvukové vlny sa odrazia späť vo forme ozveny a generujú elektrický impulz. Vypočíta čas, ktorý uplynie medzi odoslaním zvukových vĺn a prijatím echa. Vzory echa sa porovnajú so vzormi zvukových vĺn, aby sa určil stav detekovaného signálu.

3 Aplikácie zahŕňajúce ultrazvukovú detekciu:

Vzdialenosť prekážky alebo diskontinuity v kovoch súvisí s rýchlosťou zvukových vĺn v médiu, cez ktoré vlny prechádzajú, a s časom potrebným na príjem ozveny. Ultrazvuková detekcia sa teda môže použiť na zistenie vzdialenosti medzi časticami, na detekciu diskontinuít v kovoch a na indikáciu hladiny kvapaliny.

  • Ultrazvukové meranie vzdialenosti

Ultrazvukové snímače sa používajú na aplikácie merania vzdialenosti. Tieto pomôcky pravidelne prenášajú krátku dávku ultrazvukového zvuku na cieľ, ktorý odráža zvuk späť do snímača. Systém potom meria čas na návrat ozveny k senzoru a pomocou rýchlosti zvuku v médiu vypočítava vzdialenosť k cieľu.

V priemyselne prístupných ultrazvukových čistiacich zariadeniach sa používajú rôzne druhy meničov. Ultrazvukový menič je pripevnený k panvici z nehrdzavejúcej ocele, ktorá je naplnená rozpúšťadlom a je na ňu aplikovaná štvorcová vlna, ktorá dodáva tekutine vibračnú energiu.

Ultrazvukový snímač vzdialenosti

Ultrazvukový snímač vzdialenosti

Ultrazvukové snímače vzdialenosti merajú vzdialenosť pomocou sonaru, pričom sa z jednotky prenáša ultrazvukový (hlboko nad ľudský sluch) rytmus a vzdialenosť k cieľu sa určuje meraním času potrebného na návrat ozveny. Výstup z ultrazvukového snímača je rytmus s premenlivou šírkou, ktorý sa porovnáva so vzdialenosťou k cieľu.

8 funkcií ultrazvukového snímača vzdialenosti:

  1. Napájacie napätie: 5V (DC).
  2. Napájací prúd: 15mA.
  3. Modulačná frekvencia: 40 Hz.
  4. Výstup: 0 - 5 V (Výstup vysoký, keď je v dosahu zistená prekážka).
  5. Uhol lúča: max. 15 stupňov.
  6. Vzdialenosť: 2cm - 400cm.
  7. Presnosť: 0,3 cm.
  8. Komunikácia: Pozitívny impulz TTL.

Prevádzka ultrazvukového snímača vzdialenosti:

Modul ultrazvukového snímača pozostáva z jedného vysielača a jedného prijímača. Vysielač dokáže dodať ultrazvukový zvuk 40 KHz, zatiaľ čo maximálny prijímač je navrhnutý tak, aby akceptoval iba zvukové vlny 40 KHz. Ultrazvukový snímač prijímača, ktorý je umiestnený vedľa vysielača, musí byť schopný prijímať odrazených 40 KHz, akonáhle modul čelí akejkoľvek prekážke vpredu. Teda vždy, keď sa pred ultrazvukovým modulom dostanú nejaké prekážky, vypočíta čas potrebný na odoslanie signálov po ich príjem, pretože čas a vzdialenosť súvisia so zvukovými vlnami prechádzajúcimi vzduchovým médiom rýchlosťou 343,2 m / s. Po prijatí signálu program MC počas vykonávania zobrazí údaje, tj. Vzdialenosť meranú na LCD displeji prepojenom s mikrokontrolérom v cms.

Obvod ultrazvukového snímača vzdialenosti

Obvod ultrazvukového snímača vzdialenosti

Charakteristické sú robotické aplikácie veľmi populárne, ale tento produkt nájdete tiež ako užitočný v bezpečnostných systémoch alebo ako infračervená náhrada, ak je to požadované.

  • Ultrazvukový prevodník na detekciu hladiny vody
Ultrazvuková detekcia

Ultrazvuková detekcia

Bloková schéma pre bezkontaktný regulátor hladiny kvapaliny

bezkontaktný regulátor hladiny kvapaliny

bezkontaktný regulátor hladiny kvapaliny

Vyššie uvedená schéma zapojenia zobrazuje bezkontaktný regulátor hladiny kvapaliny v tomto diagrame je modul ultrazvukového snímača prepojený s mikrokontrolérom. Kedykoľvek hladina hladiny meraná v cm klesne pod nastavenú hodnotu, čerpadlo sa spustí snímaním signálu, ktorý vychádza, a príjmom hladiny prichádzajúcej do ultrazvukového meniča, ktorý sa privádza do mikrokontroléra. Keď mikrokontrolér prijíma signál z ultrazvukového meniča, aktivuje relé cez MOSFET, ktorý prevádzkoval čerpadlo ZAPNUTÉ alebo VYPNUTÉ.

  • Ultrazvuková detekcia prekážok

Ultrazvukové snímače sa používajú na zisťovanie prítomnosti cieľov a na meranie vzdialenosti od cieľov v mnohých robotizovaných spracovateľských závodoch a spracovateľských závodoch. K dispozícii sú senzory s digitálnym výstupom ZAPNUTÉ alebo VYPNUTÉ na detekciu prítomnosti objektov a komerčne dostupné senzory s analógovým výstupom, ktorý sa mení vzhľadom na vzdialenosť senzora od cieľa.

Ultrazvukové

Ultrazvukový snímač prekážok sa skladá zo sady ultrazvukového prijímača a vysielača, ktoré pracujú na rovnakej frekvencii. Bod, keď sa niečo pohybuje v zóne zabezpečenej jemným posunom obvodu, sa zhoršuje a spustí sa bzučiak / alarm.

Ultrazvukový snímač prekážok

Ultrazvukový snímač prekážok

Vlastnosti:

  • Príkon 20mA
  • Pulzná komunikácia
  • Úzky uhol prijatia
  • Poskytuje presné odhady bezkontaktnej separácie v rozmedzí 2 cm až 3 m
  • LED dióda bodu výbuchu zobrazuje odhady postupu
  • 3-kolíková hlavička uľahčuje pripojenie pomocou odkazu na vývoj serva

Technické údaje:

  • Napájanie: 5V DC
  • Pokojový prúd:<15mA
  • Účinný uhol:<15°
  • Dosah: 2cm - 350 cm
  • Rozlíšenie: 0,3 cm
  • Výstupný cyklus: 50ms

Senzor deteguje objekty tak, že vydá krátky ultrazvukový výbuch a potom bude počúvať ekologický signál. Pod kontrolou hostiteľského mikrokontroléra emituje snímač krátky výbuch 40 kHz. Táto explózia sa odváži alebo cestuje vzduchom do predmetu a potom sa opäť odrazí k senzoru.

Senzor poskytuje hostiteľovi výstupný impulz, ktorý sa ukončí, keď sa zistí ozvena, a preto sa šírka jedného impulzu k nasledujúcemu vezme do výpočtu programom, ktorý poskytne výsledky vo vzdialenosti objektu.

Teraz ste pochopili aplikácie a základný koncept ultrazvukovej detekcie, ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa tejto témy alebo elektrických a bezkontaktný regulátor hladiny kvapaliny zanechajte komentár nižšie.