Ultrazvuková detekce se nejčastěji používá v průmyslových aplikacích k detekci skrytých stop, diskontinuit v kovech, kompozitech, plastech, keramice a pro detekci hladiny vody. Za tímto účelem byly použity zákony fyziky, které indikují šíření zvukových vln pevnými materiály, protože ultrazvukové senzory používají k detekci místo zvuku světlo.
Jaký je princip ultrazvukové detekce?
Definování zvukové vlny
Zvuk je mechanická vlna procházející médii, která mohou být pevná, kapalná nebo plynná. Zvukové vlny mohou cestovat médii se specifickou rychlostí, která závisí na médiu šíření. Zvukové vlny, které mají vysokou frekvenci, se odrážejí od hranic a vytvářejí charakteristické vzory ozvěny.
Zákony fyziky pro zvukové vlny
Zvukové vlny mají specifické frekvence nebo počet kmitů za sekundu. Lidé mohou detekovat zvuky ve frekvenčním rozsahu od 20 Hz do 20 KHz. Frekvenční rozsah však normálně používaný v ultrazvuková detekce je 100 KHz až 50 MHz. Rychlost ultrazvuku v určitém čase a teplotě je v médiu konstantní.
W = C / F (nebo) W = CT
Kde W = vlnová délka
C = rychlost zvuku v médiu
F = frekvence vlny
T = časové období
Nejběžnější metody ultrazvukového vyšetření využívají buď podélné vlny, nebo smykové vlny. Podélná vlna je kompresní vlna, ve které je pohyb částic ve stejném směru šíření vlny. Smyková vlna je vlnový pohyb, při kterém je pohyb částic kolmý ke směru šíření. Ultrazvuková detekce zavádí vysokofrekvenční zvukové vlny do testovaného objektu, aby získala informace o objektu, aniž by je jakkoli změnila nebo poškodila. Při ultrazvukové detekci se měří dvě hodnoty.
Doba, po kterou se zvuk pohybuje středem a amplitudou přijímaného signálu. Na základě rychlosti a času lze vypočítat tloušťku.
Tloušťka materiálu = rychlost zvuku materiálu X Time of Fight
Převodníky pro šíření vln a detekci částic
Pro odesílání zvukových vln a příjem echa se použijí ultrazvukové senzory, které se obvykle nazývají vysílače / vysílače nebo převodníky. Pracují na principu podobném radaru, který převede elektrickou energii na mechanickou ve formě zvuku a naopak.
Běžně používané snímače jsou kontaktní snímače, snímače úhlového paprsku, snímače zpožďovací linky, ponorné snímače a snímače se dvěma prvky. Kontaktní měniče se obvykle používají k lokalizaci dutin a trhlin na vnějším povrchu součásti a také k měření tloušťky. Převodníky úhlového paprsku používají princip odrazu a konverze režimu k výrobě lomu ve smyku nebo v podélných vlnách ve zkušebním materiálu.
Převodníky zpožďovacího vedení jsou jednoprvkové snímače podélných vln používané ve spojení s vyměnitelným zpožďovacím vedením. Jedním z důvodů pro výběr snímače zpožďovací linky je, že lze zlepšit rozlišení blízkého povrchu. Zpoždění umožňuje, aby prvek přestal vibrovat, než bude možné přijmout zpětný signál z reflektoru.
Hlavní výhody, které nabízejí ponorné snímače oproti kontaktním snímačům, jsou Uniformní vazba, která snižuje variace citlivosti, snižuje dobu skenování a zvyšuje citlivost na malé reflektory.
Provoz ultrazvukových senzorů:
Když je na ultrazvukový převodník přiveden elektrický impuls vysokého napětí, vibruje napříč specifickým spektrem frekvencí a generuje výbuch zvukových vln. Kdykoli se před ultrazvukovým senzorem objeví nějaká překážka, zvukové vlny se odrazí zpět ve formě ozvěny a generují elektrický puls. Vypočítává čas mezi odesláním zvukových vln a přijetím ozvěny. Vzory ozvěny budou porovnány se vzory zvukových vln, aby se určil stav detekovaného signálu.
3 Aplikace zahrnující ultrazvukovou detekci:
Vzdálenost překážky nebo diskontinuity v kovech souvisí s rychlostí zvukových vln v médiu, kterým vlny procházejí, a s časem potřebným pro příjem ozvěny. Ultrazvukovou detekci lze tedy použít k nalezení vzdáleností mezi částicemi, k detekci diskontinuit v kovech a k indikaci hladiny kapaliny.
- Ultrazvukové měření vzdálenosti
Ultrazvukové senzory se používají pro aplikace měření vzdálenosti. Tyto gadgety pravidelně přenášejí krátký výbuch ultrazvukového zvuku na cíl, který odráží zvuk zpět k senzoru. Systém poté změří čas pro návrat ozvěny k senzoru a vypočítá vzdálenost k cíli pomocí rychlosti zvuku v médiu.
V průmyslově dostupných ultrazvukových čisticích zařízeních se používají různé druhy měničů. Ultrazvukový měnič je připevněn k pánvi z nerezové oceli, která je naplněna rozpouštědlem a je na ni aplikována čtvercová vlna, která kapalině dodává energii vibrací.
Ultrazvukový snímač vzdálenosti
Ultrazvukové snímače vzdálenosti měří vzdálenost pomocí sonaru a z jednotky se přenáší ultrazvukový (výrazně nad lidský sluch) rytmus a vzdálenost k cíli se určuje měřením času potřebného pro návrat ozvěny. Výstup z ultrazvukového senzoru je rytmus s proměnnou šířkou, který se porovnává se vzdáleností k cíli.
8 funkcí ultrazvukového snímače vzdálenosti:
- Napájecí napětí: 5V (DC).
- Napájecí proud: 15mA.
- Modulační frekvence: 40 Hz.
- Výstup: 0 - 5 V (Výstup vysoký, když je v dosahu detekována překážka).
- Úhel paprsku: Max. 15 stupňů.
- Vzdálenost: 2 cm - 400 cm.
- Přesnost: 0,3 cm.
- Komunikace: Pozitivní TTL puls.
Provoz ultrazvukového snímače vzdálenosti:
Ultrazvukový senzorový modul se skládá z jednoho vysílače a jednoho přijímače. Vysílač může dodávat ultrazvukový zvuk 40 KHz, zatímco maximální přijímač je navržen tak, aby přijímal pouze zvukové vlny 40 KHz. Ultrazvukový snímač přijímače, který je udržován vedle vysílače, by tak měl být schopen přijímat odražené 40 KHz, jakmile modul čelí jakékoli překážce vpředu. Kdykoli se tedy před ultrazvukovým modulem vyskytnou nějaké překážky, vypočítá čas potřebný od odeslání signálů k jejich přijetí, protože čas a vzdálenost souvisejí se zvukovými vlnami procházejícími vzduchovým médiem rychlostí 343,2 m / s. Po přijetí signálu program MC během provádění zobrazí data, tj. Vzdálenost měřenou na LCD rozhraní s mikrokontrolérem v cms.
Obvod ultrazvukového snímače vzdálenosti
Charakteristické jsou robotické aplikace velmi populární, ale tento produkt najdete také jako užitečný v bezpečnostních systémech nebo jako infračervená náhrada, pokud je to požadováno.
- Ultrazvukový měnič pro detekci hladiny vody
Ultrazvuková detekce
Blokové schéma pro bezkontaktní regulátor hladiny kapaliny
bezkontaktní regulátor hladiny kapaliny
Výše uvedené schéma zapojení ukazuje bezkontaktní regulátor hladiny kapaliny v tomto diagramu je modul ultrazvukového senzoru propojen s mikrokontrolérem. Kdykoli hladina hladiny měřená v cm klesne pod nastavenou hodnotu, čerpadlo se spustí snímáním signálu, který vychází, a příjmem hladiny přicházející do ultrazvukového měniče, který je přiváděn do mikrokontroléru. Když mikrokontrolér přijímá signál z ultrazvukového měniče, aktivuje relé prostřednictvím MOSFET, který ovládal čerpadlo ZAPNUTO nebo VYPNUTO.
- Ultrazvuková detekce překážek
Ultrazvukové senzory se používají k detekci přítomnosti cílů a k měření vzdálenosti k cílům v mnoha robotizovaných zpracovatelských závodech a procesních zařízeních. K dispozici jsou senzory s digitálním výstupem ZAPNUTO nebo VYPNUTO pro detekci přítomnosti objektů a komerčně dostupné senzory s analogovým výstupem, který se mění vzhledem k vzdálenosti senzoru od cíle.
Ultrazvukový snímač překážek se skládá ze sady ultrazvukového přijímače a vysílače, které pracují na stejné frekvenci. Bod, kdy se něco pohybuje v zóně zajištěné jemným posunem obvodu, se zhorší a spustí se bzučák / alarm.
Ultrazvukový snímač překážek
Funkce:
- Příkon 20mA
- Pulzní vstup / výstup komunikace
- Úzký úhel přijetí
- Poskytuje přesné odhady bezkontaktní separace v rozmezí 2 cm až 3 m
- Kontrolka LED bodu výbuchu zobrazuje odhady postupu
- 3kolíková hlavička usnadňuje připojení pomocí odkazu pro vývoj serva
Specifikace:
- Napájení: 5V DC
- Klidový proud:<15mA
- Efektivní úhel:<15°
- Dosah: 2 cm - 350 cm
- Rozlišení: 0,3 cm
- Výstupní cyklus: 50ms
Senzor detekuje objekty vysláním krátkého ultrazvukového záblesku a následným nasloucháním ekosystému. Senzor pod kontrolou hostitelského mikrokontroléru vydává krátkou 40kHz explozi. Tato exploze se odváží nebo prochází vzduchem a zasáhne předmět a poté se znovu odrazí k senzoru.
Senzor poskytuje hostiteli výstupní impuls, který se ukončí, když je detekována ozvěna, a proto je šířka jednoho pulzu k dalšímu převzata do výpočtu programem, který poskytuje výsledky ve vzdálenosti objektu.
Nyní jste pochopili aplikace a základní koncepci ultrazvukové detekce, pokud máte nějaké dotazy na toto téma nebo na elektrické a bezkontaktní regulátor hladiny kapaliny opusťte sekci komentáře níže.
