Ултразвучна детекција се најчешће користи у индустријским апликацијама за откривање скривених трагова, дисконтинуитета у металима, композитима, пластици, керамици и за откривање нивоа воде. У ту сврху се користе закони физике који указују на ширење звучних таласа кроз чврсте материјале од ултразвучних сензора који користе звук уместо светлости за детекцију.
Који је принцип ултразвучне детекције?
Дефинисање звучног таласа
Звук је механички талас који путује кроз медије, који могу бити чврста супстанца, течност или гас. Звучни таласи могу да путују кроз медијуме са одређеном брзином која зависи од медија ширења. Звучни таласи који имају високу фреквенцију одбијају се од граница и производе карактеристичне узорке одјека.
Закони физике за звучне таласе
Звучни таласи имају одређене фреквенције или број осцилација у секунди. Људи могу да открију звукове у фреквенцијском опсегу од око 20Хз до 20 КХз. Међутим, опсег фреквенција који се обично користи у ултразвучна детекција је 100 КХз до 50 МХз. Брзина ултразвука у одређено време и температура је у медијуму константна.
В = Ц / Ф (или) В = ЦТ
Где је В = дужина таласа
Ц = Брзина звука у медијуму
Ф = фреквенција таласа
Т = Временски период
Најчешће методе ултразвучног прегледа користе или уздужне таласе или таласе смицања. Уздужни талас је талас компресије у коме је кретање честица у истом смеру таласа ширења. Смични талас је таласно кретање у коме је кретање честица окомито на правац ширења. Ултразвучна детекција уводи високофреквентне звучне таласе у тестни објекат како би се добиле информације о њему, а да га на било који начин не мењају или оштећују. У ултразвучној детекцији се мере две вредности.
Време потребно за пролазак звука кроз медијум и амплитуду примљеног сигнала. На основу брзине и времена може се израчунати дебљина.
Дебљина материјала = Брзина звука материјала Кс Време борбе
Претварачи за ширење таласа и детекцију честица
За слање звучних таласа и пријем еха користиће се ултразвучни сензори, који се обично називају примопредајници или претварачи. Они раде на принципу сличном радару који ће претворити електричну енергију у механичку у облику звука и обрнуто.
Најчешће коришћени претварачи су претварачи са контактима, претварачи са угаоним снопом, претварачи са кашњењем, имерзиони претварачи и претварачи са двоструким елементима. Контактни претварачи се обично користе за лоцирање празнина и пукотина на спољној површини дела као и за мерење дебљине. Претварачи кутних зрака користе принцип рефлексије и претворбе мода за стварање преломљених посмичних или уздужних таласа у испитном материјалу.
Претварачи кашњених линија су једноелементни уздужни таласни претварачи који се користе заједно са заменљивом линијом кашњења. Један од разлога за одабир претварача линије кашњења је тај што се резолуција у близини површине може побољшати. Кашњење омогућава елементу да престане да вибрира пре него што се може примити повратни сигнал од рефлектора.
Главне предности које нуде уроњени претварачи у односу на претвараче за контакт су уједначена спрега смањује варијације осетљивости, скраћује време скенирања и повећава осетљивост на мале рефлекторе.
Рад ултразвучних сензора:
Када се на ултразвучни претварач примени електрични импулс високог напона, он вибрира кроз одређени спектар фреквенција и генерише рафал звучних таласа. Кад год се нека препрека нађе испред ултразвучног сензора, звучни таласи ће се одразити у облику одјека и генеришу електрични импулс. Израчунава време потребно између слања звучних таласа и пријема одјека. Обрасци одјека ће се упоређивати са узорцима звучних таласа како би се утврдило стање откривеног сигнала.
3 апликације које укључују ултразвучну детекцију:
Удаљеност препреке или дисконтинуитета у металима повезана је са брзином звучних таласа у медијуму кроз који пролазе таласи и временом потребним за пријем еха. Стога се ултразвучна детекција може користити за проналажење растојања између честица, за откривање дисконтинуитета у металима и за показивање нивоа течности.
- Ултразвучно мерење удаљености
Ултразвучни сензори се користе за примену мерења даљине. Ови уређаји редовно преносе кратки рафал ултразвучног звука на циљ, који рефлектује звук натраг на сензор. Затим систем мери време враћања еха на сензор и израчунава удаљеност до циља користећи брзину звука у медијуму.
Различите врсте претварача користе се у индустријски доступним ултразвучним уређајима за чишћење. Ултразвучни претварач је постављен на посуду од нерђајућег челика која је напуњена растварачем и на њега се наноси квадратни талас који течности даје енергију вибрације.
Ултразвучни сензор удаљености
Ултразвучни сензори растојања мере растојање помоћу сонара, а ултразвучни (знатно изнад људског слуха) откуцај се преноси са јединице, а удаљеност до циља одређује се мерењем времена потребног за повратак еха. Излаз ултразвучног сензора је откуцај променљиве ширине који се упоређује са удаљеностом до циља.
8 Карактеристике ултразвучног сензора удаљености:
- Напон напајања: 5В (ДЦ).
- Струја напајања: 15мА.
- Фреквенција модулације: 40Хз.
- Излаз: 0 - 5В (Излаз висок када је препрека откривена у домету).
- Угао снопа: Мак 15 степени.
- Удаљеност: 2цм - 400цм.
- Тачност: 0,3 цм.
- Комуникација: позитиван ТТЛ пулс.
Рад ултразвучног сензора даљине:
Модул ултразвучног сензора састоји се од једног предајника и једног пријемника. Предајник може испоручити ултразвучни звук од 40 КХз, док је максимални пријемник дизајниран да прихвати само 40 КХз звучних таласа. Прихватни ултразвучни сензор који се налази поред предајника, тако ће моћи примити одбијених 40 КХз, чим се модул суочи са било којом препреком испред. Дакле, кад год се појаве било какве препреке испред ултразвучног модула, израчунава време потребно од слања сигнала до њиховог пријема, јер су време и удаљеност повезани за звучне таласе који пролазе кроз ваздушни медијум брзином од 343,2 м / сек. По пријему сигнала програм МЦ током извршења приказује податке, тј. Растојање измерено на ЛЦД-у повезано са микроконтролером у цм.
Круг ултразвучног сензора даљине
Карактеристично је да су роботичке апликације веома популарне, али овај производ ће вам бити користан и у сигурносним системима или као инфрацрвена замена ако желите.
- Ултразвучни претварач за детекцију нивоа воде
Ултразвучна детекција
Блок дијаграм за бесконтактни регулатор нивоа течности
бесконтактни регулатор нивоа течности
Горњи дијаграм кола приказује бесконтактни регулатор нивоа течности на овом дијаграму ултразвучни сензорски модул је повезан са микроконтролером. Кад год растојање нивоа измерено у цм падне испод задате вредности, пумпа започиње детекцијом сигнала који излази и прима ниво који долази до ултразвучног претварача који се доводи на микроконтролер. Када микроконтролер прими сигнал од ултразвучног претварача, он активира релеј преко МОСФЕТ-а који је управљао пумпом УКЉУЧЕНО или ИСКЉУЧЕНО.
- Ултразвучно откривање препрека
Ултразвучни сензори се користе за откривање присуства циљева и мерење удаљености од циљева у многим роботизованим погонима за прераду и процесним погонима. На располагању су сензори са УКЉУЧЕНИМ или ИСКЉУЧЕНИМ дигиталним излазом за откривање присуства предмета, а сензори са аналогним излазом који се мења у односу на сензор у циљу раздвајања циља су комерцијално доступни.
Ултразвучни сензор препрека састоји се од скупа ултразвучног пријемника и предајника који раде на истој фреквенцији. Тачка када се нешто креће у зони која је обезбедила фини помак круга се погоршава и зујалица / аларм се активира.
Ултразвучни сензор препрека
Карактеристике:
- Потрошња енергије од 20мА
- Пулсе ин / оут комуникација
- Уски прихватни угао
- Пружа тачне, бесконтактне процене раздвајања унутар 2 цм до 3 м
- ЛЕД тачке експлозије приказује процене напретка
- 3-пинско заглавље олакшава повезивање помоћу серво развојне везе
Спецификације:
- Напајање: 5В једносмерне струје
- Мирна струја:<15mA
- Ефективни угао:<15°
- Удаљеност растојања: 2цм - 350 цм
- Резолуција: 0,3 цм
- Излазни циклус: 50мс
Сензор открива предмете емитујући кратки ултразвучни рафал и затим ослушкујући еколошки ефекат. Под контролом главног микроконтролера, сензор емитује кратку експлозију од 40 кХз. Ова експлозија се одважи или путује кроз ваздух и погоди чланак, а након тога се поново одбије до сензора.
Сензор пружа излазни импулс хосту који ће се завршити када се детектује ехо, па се тако у прорачун узима програм како би се пружили резултати на удаљености од објекта.
Сада сте разумели примене и основни концепт ултразвучне детекције ако постоје нека питања у вези са овом темом или у вези са електричним и бесконтактни регулатор нивоа течности оставите одељак коментара испод.
