Ultrazvočno zaznavanje - osnove in uporaba

Preizkusite Naš Instrument Za Odpravo Težav





Ultrazvočno zaznavanje se najpogosteje uporablja v industrijskih aplikacijah za odkrivanje skritih sledi, diskontinuitet v kovinah, kompozitih, plastiki, keramiki in za zaznavanje vodostaja. V ta namen se uporabljajo zakoni fizike, ki kažejo na širjenje zvočnih valov skozi trdne materiale, saj ultrazvočni senzorji za zaznavanje uporabljajo zvok namesto svetlobe.

Kaj je načelo ultrazvočnega zaznavanja?

Opredelitev zvočnega vala




Zvok je mehanski val, ki potuje skozi medije, ki so lahko trdna snov ali tekočina ali plin. Zvočni valovi lahko potujejo po medijih s specifično hitrostjo, ki je odvisna od medija širjenja. Zvočni valovi, ki imajo visoko frekvenco, se odbijajo od meja in ustvarjajo značilne vzorce odmeva.

Zakoni fizike za zvočne valove



Zvočni valovi imajo posebne frekvence ali število nihanj na sekundo. Ljudje lahko zaznamo zvoke v frekvenčnem območju od približno 20 Hz do 20 KHz. Vendar je frekvenčno območje običajno uporabljeno v ultrazvočno zaznavanje je 100 KHz do 50 MHz. Hitrost ultrazvoka v določenem času in temperaturi je v mediju konstantna.

W = C / F (ali) W = CT


Kjer je W = dolžina vala

C = Hitrost zvoka v mediju

F = frekvenca valovanja

T = Časovno obdobje

Najpogostejše metode ultrazvočnega pregleda uporabljajo vzdolžne valove ali strižne valove. Vzdolžni val je kompresijski val, pri katerem je gibanje delcev v isti smeri širjenja vala. Strižni val je valovno gibanje, pri katerem je gibanje delcev pravokotno na smer širjenja. Ultrazvočno zaznavanje v testni objekt vnese visokofrekvenčne zvočne valove, da pridobi informacije o njem, ne da bi ga kakor koli spreminjal ali poškodoval. Pri ultrazvočni detekciji se izmerita dve vrednosti.

Čas, ki traja, da zvok potuje skozi medij in amplitudo sprejetega signala. Na podlagi hitrosti in časovne debeline lahko izračunamo.

Debelina materiala = hitrost zvoka materiala X Čas boja

Pretvorniki za širjenje valov in zaznavanje delcev

Za pošiljanje zvočnih valov in sprejem odmeva bodo uporabljeni ultrazvočni senzorji, običajno imenovani oddajniki ali pretvorniki. Delajo po principu, podobnem radarju, ki bo električno energijo pretvoril v mehansko v obliki zvoka in obratno.

Pogosto uporabljeni pretvorniki so pretvorniki kontaktov, pretvorniki kotnih žarkov, pretvorniki zakasnilne linije, potopni pretvorniki in pretvorniki z dvema elementoma. Kontaktni pretvorniki se običajno uporabljajo za lociranje praznin in razpok na zunanji površini dela ter za merjenje debeline. Kotni pretvorniki uporabljajo načelo odboja in pretvorbe načina za ustvarjanje lomljenih strižnih ali vzdolžnih valov v preskusnem materialu.

Pretvorniki zakasnilne črte so enojni pretvorniki vzdolžnih valov, ki se uporabljajo skupaj z zamenljivo zakasnilno črto. Eden od razlogov za izbiro pretvornika zakasnilne črte je, da je mogoče izboljšati ločljivost blizu površine. Zakasnitev omogoča, da element preneha vibrirati, preden je mogoče sprejeti povratni signal od reflektorja.

Glavne prednosti, ki jih nudijo potopni pretvorniki pred kontaktnimi pretvorniki, so enakomerna sklopka, ki zmanjša razlike v občutljivosti, skrajša čas skeniranja in poveča občutljivost na majhne odsevnike.

Delovanje ultrazvočnih senzorjev:

Ko se na ultrazvočni pretvornik odda električni impulz visoke napetosti, ta zavibrira skozi določen frekvenčni spekter in ustvari izbruh zvočnih valov. Kadarkoli pred ultrazvočnim senzorjem pride katera koli ovira, se zvočni valovi odbijejo nazaj v obliki odmeva in ustvarijo električni impulz. Izračuna čas med pošiljanjem zvočnih valov in sprejemom odmeva. Vzorci odmeva bodo primerjani z vzorci zvočnih valov, da se določi stanje zaznanega signala.

3 aplikacije, ki vključujejo ultrazvočno zaznavanje:

Razdalja ovir ali diskontinuitet v kovinah je povezana s hitrostjo zvočnih valov v mediju, skozi katerega se valovi pretakajo, in časom, ki je potreben za sprejem odmeva. Zato se ultrazvočno zaznavanje lahko uporablja za ugotavljanje razdalj med delci, za odkrivanje diskontinuitet v kovinah in za prikaz nivoja tekočine.

  • Ultrazvočno merjenje razdalje

Ultrazvočni senzorji se uporabljajo za merjenje razdalje. Ti pripomočki redno oddajajo kratek izbruh ultrazvočnega zvoka na tarčo, ki odbije zvok nazaj na senzor. Nato sistem izmeri čas, ko se odmev vrne na senzor, in izračuna razdaljo do cilja s pomočjo hitrosti zvoka znotraj medija.

V industrijsko dostopnih ultrazvočnih čistilnih napravah se uporabljajo različne vrste pretvornikov. Ultrazvočni pretvornik je pritrjen na posodo iz nerjavečega jekla, ki je napolnjena s topilom in nanjo se nanese kvadratni val, ki tekočini daje energijo vibracij.

Ultrazvočni senzor razdalje

Ultrazvočni senzor razdalje

Ultrazvočni senzorji razdalje merijo razdaljo s pomočjo sonarja, ki ga ultrazvočni utrip (precej nad človeškim sluhom) odda iz enote, razdalja do cilja pa se določi z merjenjem časa, potrebnega za vrnitev odmeva. Izhod ultrazvočnega senzorja je utrip spremenljive širine, ki se primerja z razdaljo do cilja.

8 značilnosti ultrazvočnega senzorja razdalje:

  1. Napajalna napetost: 5V (DC).
  2. Napajalni tok: 15mA.
  3. Modulacijska frekvenca: 40Hz.
  4. Izhod: 0 - 5V (izhod visok, če je ovira zaznana v dosegu).
  5. Kot žarka: največ 15 stopinj.
  6. Razdalja: 2cm - 400cm.
  7. Natančnost: 0,3 cm.
  8. Komunikacija: pozitiven TTL impulz.

Delovanje ultrazvočnega senzorja razdalje:

Modul ultrazvočnega senzorja vsebuje en oddajnik in en sprejemnik. Oddajnik lahko oddaja ultrazvočni zvok 40 KHz, medtem ko je največji sprejemnik zasnovan tako, da sprejme samo 40 KHz zvočnih valov. Ultrazvočni senzor sprejemnika, ki je ob oddajniku, mora tako lahko sprejeti odbitek 40 KHz, ko se modul sooči s katero koli oviro spredaj. Tako kadar koli pred ultrazvočnim modulom pride do kakršnih koli ovir, izračuna čas, potreben od pošiljanja signalov do njihovega prejema, saj sta čas in razdalja za zvočne valove, ki prehajajo skozi zračni medij, povezana s hitrostjo 343,2 m / s. Po prejemu signala program MC med izvajanjem prikaže podatke, to je razdaljo, izmerjeno na LCD-ju, povezano z mikrokrmilnikom v cms.

Vezje ultrazvočnega senzorja razdalje

Vezje ultrazvočnega senzorja razdalje

Značilno je, da so robotske aplikacije zelo priljubljene, vendar boste ta izdelek našli tudi kot uporabnega v varnostnih sistemih ali kot infrardečo zamenjavo, če tako želite.

  • Ultrazvočni pretvornik za zaznavanje nivoja vode
Ultrazvočno zaznavanje

Ultrazvočno zaznavanje

Blok diagram za brezkontaktni regulator nivoja tekočine

brezkontaktni regulator nivoja tekočine

brezkontaktni regulator nivoja tekočine

Zgornji diagram vezja prikazuje brezkontaktni regulator nivoja tekočine v tem diagramu je ultrazvočni senzorski modul povezan z mikrokrmilnikom. Kadar razdalja nivoja, izmerjena v cm, pade pod nastavljeno točko, se črpalka zažene tako, da zazna signal, ki prihaja in sprejema nivo, ki prihaja do ultrazvočnega pretvornika, ki se napaja v mikrokrmilnik. Ko mikrokrmilnik sprejme signal iz ultrazvočnega pretvornika, aktivira rele prek MOSFET-a, ki je črpalko vklopil ali izklopil.

  • Ultrazvočno odkrivanje ovir

Ultrazvočni senzorji se uporabljajo za zaznavanje prisotnosti tarč in merjenje razdalje do tarč v številnih robotiziranih predelovalnih obratih in predelovalnih obratih. Na voljo so senzorji z vklopljenim ali izklopljenim digitalnim izhodom za zaznavanje prisotnosti predmetov in senzorji z analognim izhodom, ki se glede na senzor spremeni na ciljno razdaljo, so na voljo v prodaji.

Ultrazvočno

Ultrazvočni senzor ovir je sestavljen iz sklopa ultrazvočnega sprejemnika in oddajnika, ki delujeta na isti frekvenci. Točka, ko se nekaj premakne v območju, ki je zagotovilo fin odmik vezja, se poslabša in sproži se zvočni signal / alarm.

Ultrazvočni senzor ovir

Ultrazvočni senzor ovir

Lastnosti:

  • Poraba energije 20mA
  • Impulzna komunikacija vhod / izhod
  • Ozek kot sprejemanja
  • Zagotavlja natančne ocene brezkontaktne ločitve znotraj 2 cm do 3 m
  • Lučka LED točke eksplozije prikazuje ocene napredka
  • 3-pinska glava omogoča enostavno povezavo s pomočjo servo razvojne povezave

Specifikacije:

  • Napajanje: 5V DC
  • Mirovalni tok:<15mA
  • Dejanski kot:<15°
  • Razdalja: 2 cm - 350 cm
  • Ločljivost: 0,3 cm
  • Izhodni cikel: 50ms

Senzor zazna predmete s kratkim ultrazvočnim izbruhom in nato prisluhne eco. Pod nadzorom gostiteljskega mikrokrmilnika senzor odda kratko eksplozijo 40 kHz. Ta eksplozija se odpravi ali potuje po zraku in zadene izdelek, nato pa se ponovno odbije do senzorja.

Tipalo gostitelju zagotavlja izhodni impulz, ki se konča, ko se zazna odmev, zato program v izračun vnese širino enega impulza do naslednjega, da zagotovi rezultate na daljavo predmeta.

Zdaj ste razumeli aplikacije in osnovni koncept ultrazvočnega zaznavanja, če obstajajo kakršna koli vprašanja o tej temi ali o električnih in elektronskih napravah brezkontaktni regulator nivoja tekočine pustite spodnji odsek za komentarje.