Az ultrahangos detektálást leggyakrabban ipari alkalmazásokban használják rejtett nyomok, fémek, kompozitok, műanyagok, kerámiák folytonosságának detektálására és a vízszint detektálására. Erre a célra a fizika törvényeit, amelyek jelzik a hanghullámok szilárd anyagokon keresztül történő terjedését, ultrahangos érzékelők óta használják, a fény helyett a hangot a detektáláshoz.
Mi az ultrahangos detektálás elve?
Hanghullám meghatározása
A hang egy mechanikus hullám, amely áthalad a közegeken, amely lehet szilárd, folyékony vagy gáz. A hanghullámok meghatározott sebességgel haladhatnak a médiumokon, a terjedési közegtől függően. A nagy frekvenciájú hanghullámok visszaverődnek a határoktól, és jellegzetes visszhangmintákat eredményeznek.
A fizika törvényei a hanghullámokra
A hanghullámok meghatározott frekvenciákkal vagy másodpercenkénti rezgésekkel rendelkeznek. Az emberek körülbelül 20 Hz és 20 KHz közötti frekvenciatartományban képesek felismerni a hangokat. Azonban általában a ultrahangos detektálás 100 KHz és 50 MHz között van. Az ultrahang sebessége egy adott időben és hőmérsékleten állandó a közegben.
W = C / F (vagy) W = CT
Ahol W = hullámhossz
C = A hang sebessége egy közegben
F = hullám frekvenciája
T = Időszak
Az ultrahangos vizsgálat leggyakoribb módszerei vagy hosszanti, vagy nyíróhullámokat alkalmaznak. A hosszirányú hullám egy olyan kompressziós hullám, amelyben a részecske mozgása a terjedési hullám azonos irányába esik. A nyíróhullám olyan hullámmozgás, amelyben a részecskemozgás merőleges a terjedési irányra. Az ultrahangos detektálás nagyfrekvenciás hanghullámokat vezet be a tesztobjektumba, hogy információkat szerezzen az objektumról anélkül, hogy azokat bármilyen módon megváltoztatnák vagy károsítanák. Két értéket mértünk ultrahangos detektálással.
Az az időtartam, amely alatt a hang áthalad a vett jel közepén és amplitúdóján. A sebesség és az idővastagság alapján kiszámítható.
Az anyag vastagsága = Anyag hangsebessége X Harc ideje
Jelátalakítók hullámterjedéshez és részecskék detektálásához
Hanghullámok küldésére és visszhang fogadására ultrahangos érzékelőket használunk, amelyeket általában adó-vevőknek vagy átalakítóknak nevezünk. A radarhoz hasonló elven működnek, amely az elektromos energiát hang formájában mechanikai energiává alakítja, és fordítva.
Az általánosan használt jelátalakítók az érintkezõ jeladók, a szögsugár-átalakítók, a késleltetett vonal-átalakítók, a merülési átalakítók és a kételemû átalakítók. Az érintkezõ átalakítókat általában az üregek és repedések elhelyezésére használják az alkatrész külsõ felületén, valamint a vastagság mérésére. A szögsugár-átalakítók a visszaverődés és az üzemmód-átalakítás elvét alkalmazzák törött nyíró- vagy hosszirányú hullámok előállítására a vizsgálati anyagban.
A késleltető jelátalakítók egyelemes hosszirányú hullámátalakítók, amelyeket cserélhető késleltetési vonallal együtt használnak. A késleltetési jelátalakító kiválasztásának egyik oka az, hogy javítható a felszín közeli felbontás. A késleltetés lehetővé teszi az elemnek a vibrálás leállítását, mielőtt a reflektortól érkező visszajelzés érkezne.
A merülő átalakítók legfontosabb előnyei az érintkezőkkel szemben: Az egyenletes kapcsolás csökkenti az érzékenységi ingadozásokat, csökkenti a letapogatási időt és növeli az érzékenységet a kis reflektorok iránt.
Ultrahangos érzékelők működése:
Ha nagyfeszültségű elektromos impulzust adunk az ultrahangos jelátalakítóra, az egy adott frekvenciaspektrumban rezeg és hanghullámok sorozatát generálja. Valahányszor bármilyen akadály kerül az ultrahangos érzékelő elé, a hanghullámok visszaverődnek visszhangként és elektromos impulzust generálnak. Kiszámítja a hanghullámok küldése és a visszhang fogadása közötti időt. A visszhangmintákat összehasonlítjuk a hanghullámok mintáival, hogy meghatározzuk az észlelt jel állapotát.
3 Ultrahangos érzékeléssel kapcsolatos alkalmazások:
Az akadályok vagy a folytonosságok távolsága a fémekben összefügg a hanghullámok sebességével egy közegben, amelyen keresztül áthaladnak a hullámok, és a visszhang vételéhez szükséges idővel. Ezért az ultrahangos detektálást felhasználhatjuk a részecskék közötti távolság megtalálásához, a fémekben lévő folytonosságok detektálására és a folyadékszint kijelzésére.
- Ultrahangos távolságmérés
Az ultrahangos érzékelőket távolságmérési alkalmazásokhoz használják. Ezek a modulok rendszeresen továbbítanak egy rövid ultrahangos hangot a célpont felé, amely visszatükrözi a hangot az érzékelőbe. Ezután a rendszer megméri a visszhang visszatérésének idejét az érzékelőhöz, és a közegben lévő hangsebesség felhasználásával kiszámítja a célig terjedő távolságot.
Különböző típusú átalakítókat alkalmaznak az iparilag hozzáférhető ultrahangos tisztítóberendezésekben. Ultrahangos jelátalakítót rögzítenek egy rozsdamentes acél edényhez, amely oldószerrel van feltöltve, és négyzethullámot alkalmaznak rá, amely rezgési energiát ad a folyadéknak.
Ultrahangos távolságérzékelő
Az ultrahangos távolságérzékelők szonár segítségével mérik a távolságot, és ultrahangos (jóval az emberi hallás fölött) ütést továbbítanak az egységből, és a visszahatáshoz szükséges idő mérésével meghatározzuk a céltól való távolságot. Az ultrahangos érzékelő kimenete változó szélességű ütem, amely összehasonlítható a céltól mért távolsággal.
8 Az ultrahangos távolságérzékelő jellemzői:
- Tápfeszültség: 5V (DC).
- Tápfeszültség: 15mA.
- Modulációs frekvencia: 40Hz.
- Kimenet: 0 - 5 V (kimenet magas, ha akadályt észlelnek a tartományban).
- Sugárzási szög: Max. 15 fok.
- Távolság: 2cm - 400cm.
- Pontosság: 0,3 cm.
- Kommunikáció: Pozitív TTL pulzus.
Az ultrahangos távolságérzékelő működése:
Az ultrahangos érzékelő modul egy adóból és egy vevőből áll. Az adó 40 KHz ultrahangos hangot képes leadni, miközben a maximális vevőt csak 40 KHz hanghullámok fogadására tervezték. Az adó mellett tartott vevő ultrahangos érzékelőjének tehát képesnek kell lennie a visszavert 40 KHz-es vételre, amint a modul bármilyen akadály előtt áll. Így amikor az ultrahangos modul elé kerül bármilyen akadály, kiszámítja a jelek küldésétől a vételig eltelt időt, mivel az idő és a távolság összefügg a 343,2 m / sec sebességű léghordozón áthaladó hanghullámokkal. Az MC jel végrehajtásakor a jel fogadásakor megjeleníti az adatokat, azaz a mikrokontrollerrel összekapcsolt LCD-n mért távolságot cm-ben.
Ultrahangos távolságérzékelő áramkör
Jellemző, hogy a robotikai alkalmazások nagyon népszerűek, de ezt a terméket hasznosnak találja a biztonsági rendszerekben, vagy ha kívánja, infravörös helyettesítőként is.
- Ultrahangos jelátalakító a vízszint érzékeléséhez
Ultrahangos érzékelés
Blokkdiagram az érintés nélküli folyadékszint-szabályozóhoz
érintés nélküli folyadékszint-szabályozó
A fenti kapcsolási rajz a érintés nélküli folyadékszint-szabályozó ebben a diagramban az ultrahangos szenzor modul kapcsolódik a mikrovezérlőhöz. Amikor a cm-ben mért szinttávolság egy beállított pont alá esik, a szivattyú úgy indul, hogy érzékeli a kimenő jelet és a mikrovezérlőbe táplált ultrahangos jelátalakítóhoz tartozó vételi szintet. Amikor a mikrovezérlő megkapja a jelet az ultrahangos jelátalakítótól, akkor aktiválja a relét egy MOSFET-en keresztül, amely BE vagy KI működtette a szivattyút.
- Ultrahangos akadályok detektálása
Ultrahangos szenzorokat használnak a célpontok jelenlétének észlelésére és a céloktól való távolság mérésére számos robotizált feldolgozó üzemben és folyamatüzemben. A be- vagy kikapcsolt digitális kimenettel rendelkező érzékelők rendelkezésre állnak a tárgyak jelenlétének detektálására, és az analóg kimenettel rendelkező érzékelők, amelyek az érzékelőtől a cél-elválasztási távolságig változnak, kereskedelemben kaphatók.
Az ultrahangos akadályérzékelő ultrahangos vevőből és adóból áll, amelyek ugyanazon a frekvencián működnek. Az a pont, amikor valami mozog a zónában, biztosítva az áramkör finom eltolását, súlyosbodik, és a hangjelzés / riasztás aktiválódik.
Ultrahangos akadályérzékelő
Jellemzők:
- 20mA energiafogyasztás
- Impulzus be / ki kommunikáció
- Keskeny elfogadási szög
- Pontos, érintés nélküli elválasztási becsléseket ad 2 cm és 3 m között
- A robbanáspont LED jelzi az előrejelzés becsléseit
- A 3 tűs fejléc egyszerűvé teszi a csatlakozást egy szervo fejlesztői link használatával
Specifikációk:
- Tápellátás: 5V DC
- Nyugalmi áram:<15mA
- Tényleges szög:<15°
- Távolság: 2 cm - 350 cm
- Felbontás: 0,3 cm
- Kimeneti ciklus: 50ms
Az érzékelő rövid ultrahangos sorozat sugárzásával észleli az objektumokat, majd meghallgatja az ökot. Az érzékelő egy gazda mikrovezérlő irányítása alatt rövid, 40 kHz-es robbanást bocsát ki. Ez a robbanás a levegőben merészkedik vagy utazik, és eltalál egy cikket, majd ezt követően ismét az érzékelőhöz ugrál.
Az érzékelő kimeneti impulzust ad a gazdagépnek, amely befejeződik, amikor a visszhang észlelhető, ezért az egyik impulzus szélességét a másikra egy program veszi a számításba, hogy eredményt adjon az objektum távolságáról.
Most már megértette az ultrahangos detektálás alkalmazását és alapkoncepcióját, ha bármilyen kérdése van ezzel a témával vagy az elektromos és érintés nélküli folyadékszint-szabályozó hagyja el az alábbi megjegyzések részt.
