Detectarea cu ultrasunete este cea mai frecvent utilizată în aplicațiile industriale pentru a detecta urmele ascunse, discontinuitățile din metale, compozite, materiale plastice, ceramică și pentru detectarea nivelului apei. În acest scop, legile fizicii care indică propagarea undelor sonore prin materiale solide au fost utilizate de la senzorii cu ultrasunete care folosesc sunetul în loc de lumină pentru detectare.
Care este principiul detectării cu ultrasunete?
Definirea undei sonore
Sunetul este o undă mecanică care se deplasează prin medii, care poate fi un solid, sau lichid sau gazos. Undele sonore pot călători prin medii cu o viteză specifică depinde de mediul de propagare. Undele sonore care au frecvență înaltă se reflectă de la limite și produc modele de ecou distincte.
Legile fizicii pentru undele sonore
Undele sonore au frecvențe specifice sau un număr de oscilații pe secundă. Oamenii pot detecta sunete într-un interval de frecvență de la aproximativ 20Hz la 20 KHz. Cu toate acestea, intervalul de frecvență utilizat în mod normal în detectarea cu ultrasunete este de 100 KHz la 50 MHz. Viteza ultrasunetelor la un anumit moment și temperatură este constantă într-un mediu.
W = C / F (sau) W = CT
Unde W = lungimea undei
C = Viteza sunetului pe un mediu
F = Frecvența undei
T = Perioada de timp
Cele mai comune metode de examinare cu ultrasunete utilizează undele longitudinale sau undele de forfecare. Unda longitudinală este o undă de compresie în care mișcarea particulelor se află în aceeași direcție a undei de propagare. Unda de forfecare este o mișcare a undei în care mișcarea particulelor este perpendiculară pe direcția de propagare. Detectarea cu ultrasunete introduce unde sonore de înaltă frecvență într-un obiect testat pentru a obține informații despre obiect fără a-l modifica sau deteriora în niciun fel. Două valori sunt măsurate în detectarea cu ultrasunete.
Cantitatea de timp, care durează până când sunetul se deplasează prin mediul și amplitudinea semnalului primit. Pe baza vitezei și a grosimii timpului se poate calcula.
Grosimea materialului = Viteza sunetului materialului X Timpul luptei
Traductoare pentru propagarea undelor și detectarea particulelor
Pentru trimiterea undelor sonore și primirea unui ecou, vor fi folosiți senzori cu ultrasunete, numiți în mod normal transceptori sau transductori. Acestea funcționează pe un principiu similar radarului, care va converti energia electrică în energie mecanică sub formă de sunet și invers.
Traductoarele utilizate în mod obișnuit sunt traductoarele de contact, traductoarele de fascicul unghiular, traductoarele de linie de întârziere, traductoarele de imersie și traductoarele cu element dublu. Traductoarele de contact sunt de obicei utilizate pentru localizarea golurilor și fisurilor la suprafața exterioară a unei piese, precum și pentru măsurarea grosimii. Traductoarele cu fascicul unghiular utilizează principiul reflexiei și al conversiei modului pentru a produce forfecare refractată sau unde longitudinale în materialul de testare.
Traductoarele de linie de întârziere sunt traductoare de undă longitudinală cu un singur element utilizate împreună cu o linie de întârziere înlocuibilă. Unul dintre motivele pentru alegerea unui traductor de linie de întârziere este că rezoluția aproape de suprafață poate fi îmbunătățită. Întârzierea permite elementului să nu mai vibreze înainte de a putea fi primit un semnal de întoarcere de la reflector.
Avantajele majore oferite de traductoarele de imersie față de traductoarele de contact sunt Cuplarea uniformă reduce variațiile de sensibilitate, Reducerea timpului de scanare și crește sensibilitatea la reflectoarele mici.
Funcționarea senzorilor cu ultrasunete:
Când un impuls electric de înaltă tensiune este aplicat traductorului cu ultrasunete acesta vibrează pe un spectru specific de frecvențe și generează o explozie de unde sonore. Ori de câte ori apare un obstacol în fața senzorului ultrasonic, undele sonore se vor reflecta înapoi sub formă de ecou și generează un impuls electric. Calculează timpul necesar între trimiterea undelor sonore și primirea ecoului. Modelele de ecou vor fi comparate cu modelele undelor sonore pentru a determina starea semnalului detectat.
3 Aplicații care implică detectarea cu ultrasunete:
Distanța obstacolului sau discontinuitățile în metale este legată de viteza undelor sonore într-un mediu prin care sunt trecute undele și de timpul necesar pentru recepția ecoului. Prin urmare, detectarea cu ultrasunete poate fi utilizată pentru a găsi distanțele dintre particule, pentru a detecta discontinuitățile din metale și pentru a indica nivelul lichidului.
- Măsurarea cu ultrasunete a distanței
Senzorii cu ultrasunete sunt utilizați pentru aplicații de măsurare a distanței. Aceste gadgeturi transmit în mod regulat o scurtă explozie de sunet cu ultrasunete către o țintă, care reflectă sunetul înapoi către senzor. Sistemul măsoară apoi timpul pentru ca ecoul să revină la senzor și calculează distanța până la țintă folosind viteza sunetului din mediu.
Diferite tipuri de traductoare sunt utilizate în cadrul dispozitivelor de curățare cu ultrasunete accesibile industrial. Un traductor cu ultrasunete este fixat pe o tigaie din oțel inoxidabil care este umplută cu un solvent și i se aplică un val pătrat, conferind energie vibrației lichidului.
Senzor de distanță cu ultrasunete
Senzorii de distanță cu ultrasunete măsoară distanța utilizând sonar, o transmisie ultrasonică (cu mult peste auzul uman) este transmisă din unitate și distanța față de țintă este determinată prin măsurarea timpului necesar pentru revenirea ecoului. Ieșirea de la senzorul cu ultrasunete este o rată de lățime variabilă, care se compară cu distanța față de țintă.
8 Caracteristici ale senzorului de distanță cu ultrasunete:
- Tensiunea de alimentare: 5V (DC).
- Curent de alimentare: 15mA.
- Frecvența de modulare: 40Hz.
- Ieșire: 0 - 5V (ieșire ridicată atunci când obstacolul este detectat în raza de acțiune).
- Unghiul fasciculului: maxim 15 grade.
- Distanta: 2cm - 400cm.
- Precizie: 0,3 cm.
- Comunicare: impuls TTL pozitiv.
Funcționarea senzorului de distanță cu ultrasunete:
Modulul senzor cu ultrasunete cuprinde un transmițător și un receptor. Transmițătorul poate emite sunet cu ultrasunete de 40 KHz, în timp ce receptorul maxim este proiectat să accepte doar unde de sunet de 40 KHz. Senzorul cu ultrasunete al receptorului care este ținut lângă emițător trebuie să poată primi reflectat la 40 KHz, odată ce modulul se confruntă cu orice obstacol din față. Astfel, de fiecare dată când apar obstacole în fața modulului cu ultrasunete, acesta calculează timpul necesar transmiterii semnalelor până la primirea lor, deoarece timpul și distanța sunt legate de undele sonore care trec prin mediul de aer la 343,2m / sec. La primirea semnalului, programul MC în timpul executării afișează datele, adică distanța măsurată pe un LCD interfațat cu microcontrolerul în cms.
Circuitul senzorului de distanță cu ultrasunete
În mod caracteristic, aplicațiile robotice sunt foarte populare, dar veți găsi, de asemenea, acest produs ca fiind util în sistemele de securitate sau ca înlocuitor cu infraroșu, dacă se dorește acest lucru.
- Traductor cu ultrasunete pentru detectarea nivelului apei
Detectare cu ultrasunete
Schema bloc pentru controlerul de nivel al lichidului fără contact
controler de nivel lichid fără contact
Diagrama de circuit de mai sus arată controler de nivel lichid fără contact în această diagramă, modulul senzor cu ultrasunete este interfațat cu microcontrolerul. Ori de câte ori distanța de nivel măsurată în cm coboară sub un punct setat, pompa pornește prin detectarea semnalului care iese și recepționarea nivelului care vine la traductorul cu ultrasunete care este alimentat către microcontroler. Când microcontrolerul primește semnalul de la traductorul cu ultrasunete, acesta activează releul printr-un MOSFET care a acționat sau oprit pompa.
- Detectarea cu ultrasunete a obstacolelor
Senzorii cu ultrasunete sunt folosiți pentru a detecta prezența țintelor și pentru a măsura distanța față de ținte în multe fabrici de procesare robotizate și fabrici de procesare. Senzorii cu o ieșire digitală PORNIT sau OPRIT sunt disponibili pentru detectarea prezenței obiectelor și senzorii cu o ieșire analogică care se modifică în raport cu senzorul la distanța de separare țintă sunt disponibili comercial.
Senzorul de obstacole cu ultrasunete constă dintr-un set de receptoare și emițătoare cu ultrasunete care funcționează la aceeași frecvență. Punctul în care ceva se mișcă în zona asigurată de compensarea fină a circuitului este agravat și soneria / alarma este declanșată.
Senzor de obstacole cu ultrasunete
Caracteristici:
- Consum de energie de 20mA
- Comunicare impuls / intrare
- Unghi îngust de acceptare
- Oferă estimări exacte de separare fără contact între 2 cm și 3 m
- LED-ul punctului de explozie arată estimări în avans
- Antetul cu 3 pini simplifică conectarea utilizând un link de dezvoltare servo
Specificații:
- Alimentare: 5V DC
- Curent de repaus:<15mA
- Unghiul efectiv:<15°
- Distanța de parcurs: 2cm - 350 cm
- Rezoluție: 0,3 cm
- Ciclul de ieșire: 50ms
Senzorul detectează obiecte emițând o scurtă explozie cu ultrasunete și apoi ascultând eco. Sub controlul unui microcontroler gazdă, senzorul emite o explozie scurtă de 40 kHz. Această explozie se aventurează sau se deplasează prin aer și lovește un articol și după aceea ricoșează din nou către senzor.
Senzorul furnizează un impuls de ieșire către gazdă care se va termina atunci când ecoul este detectat, prin urmare lățimea unui impuls către următorul este luată în calcul de către un program pentru a oferi rezultate la o distanță de obiect.
Acum ați înțeles aplicațiile și conceptul de bază al detecției cu ultrasunete dacă aveți întrebări cu privire la acest subiect sau cu privire la electricitate și controler de nivel lichid fără contact lăsați secțiunea de comentarii de mai jos.
