Ултразвуковото откриване се използва най-често в промишлени приложения за откриване на скрити следи, прекъсвания в метали, композити, пластмаси, керамика и за откриване на нивото на водата. За тази цел се използват законите на физиката, които показват разпространението на звуковите вълни през твърди материали, тъй като ултразвуковите сензори използват звук вместо светлина за откриване.
Какъв е принципът на ултразвуковото откриване?
Определяне на звукова вълна
Звукът е механична вълна, пътуваща през средата, която може да бъде твърдо вещество, течност или газ. Звуковите вълни могат да пътуват през средите със специфична скорост, която зависи от средата на разпространение. Звуковите вълни, които имат висока честота, се отразяват от границите и създават характерни ехо модели.
Закони на физиката за звуковите вълни
Звуковите вълни имат специфични честоти или брой трептения в секунда. Хората могат да откриват звуци в честотен диапазон от около 20Hz до 20 KHz. Честотният диапазон, който обикновено се използва в ултразвуково откриване е 100 KHz до 50MHz. Скоростта на ултразвук в определено време и температура е постоянна в среда.
W = C / F (или) W = CT
Където W = Дължина на вълната
C = Скорост на звука в среда
F = Честота на вълната
T = Период от време
Най-често срещаните методи на ултразвуково изследване използват или надлъжни вълни, или срязващи вълни. Надлъжната вълна е компресионна вълна, при която движението на частиците е в същата посока на вълната на разпространение. Срязващата вълна е вълново движение, при което движението на частиците е перпендикулярно на посоката на разпространение. Ултразвуковото откриване въвежда високочестотни звукови вълни в тестов обект, за да получи информация за обекта, без да го променя или уврежда по някакъв начин. Две стойности се измерват при ултразвуково откриване.
Времето, необходимо на звука да премине през средата и амплитудата на получения сигнал. Въз основа на скоростта и дебелината на времето може да се изчисли.
Дебелината на материала = Скорост на звука на материала X Време на бой
Преобразуватели за разпространение на вълни и откриване на частици
За изпращане на звукови вълни и получаване на ехо ще се използват ултразвукови сензори, обикновено наричани приемо-предаватели или преобразуватели. Те работят на принцип, подобен на радара, който ще преобразува електрическата енергия в механична енергия под формата на звук и обратно.
Често използваните преобразуватели са контактни преобразуватели, преобразуватели с ъглови лъчи, преобразуватели със закъснителни линии, потапящи преобразуватели и преобразуватели с два елемента. Контактните преобразуватели обикновено се използват за локализиране на кухини и пукнатини по външната повърхност на част, както и за измерване на дебелината. Преобразувателите с ъглови лъчи използват принципа на отражение и преобразуване на режима, за да получат пречупени срязващи или надлъжни вълни в изпитвания материал.
Датчиците за забавяне са едноелементни надлъжни преобразуватели на вълни, използвани заедно със сменяема линия на закъснение. Една от причините за избора на преобразувател на линия за забавяне е, че разделителната способност в близост до повърхността може да бъде подобрена. Забавянето позволява на елемента да спре да вибрира, преди да може да се получи обратен сигнал от рефлектора.
Основните предимства, предлагани от потапящите преобразуватели пред контактните преобразуватели, са еднакво свързване, намалява вариациите на чувствителност, намаляване на времето за сканиране и увеличава чувствителността към малки отражатели.
Работа на ултразвукови сензори:
Когато към ултразвуковия преобразувател се подаде електрически импулс с високо напрежение, той вибрира в определен спектър от честоти и генерира взрив на звукови вълни. Винаги, когато някакво препятствие изпревари ултразвуковия сензор, звуковите вълни ще се отразят обратно под формата на ехо и генерират електрически импулс. Той изчислява времето между изпращането на звукови вълни и приемането на ехото. Моделите на ехото ще бъдат сравнени с моделите на звуковите вълни, за да се определи състоянието на открития сигнал.
3 приложения, включващи ултразвуково откриване:
Разстоянието на препятствие или прекъсвания в металите е свързано със скоростта на звуковите вълни в среда, през която преминават вълните, и времето, необходимо за приемане на ехото. Следователно ултразвуковото откриване може да се използва за намиране на разстоянията между частиците, за откриване на прекъсванията в металите и за индикация на нивото на течността.
- Ултразвуково измерване на разстояние
Ултразвуковите сензори се използват за приложения за измерване на разстояние. Тези приспособления редовно предават кратък изблик на ултразвуков звук към цел, която отразява звука обратно към сензора. След това системата измерва времето за връщане на ехото към сензора и изчислява разстоянието до целта, използвайки скоростта на звука в средата.
Различни видове преобразуватели се използват в индустриално достъпни ултразвукови почистващи устройства. Ултразвуков преобразувател е прикрепен към тиган от неръждаема стомана, който се пълни с разтворител и към него се прилага квадратна вълна, придаваща вибрационна енергия на течността.
Ултразвуков сензор за разстояние
Ултразвуковите датчици за разстояние измерват разстоянието, използвайки сонар, а ултразвуковият (доста над човешкия слух) ритъм се предава от устройството и разстоянието до целта се определя чрез измерване на времето, необходимо за връщане на ехото. Изходът от ултразвуковия сензор е ритъм с променлива ширина, който се сравнява с разстоянието до целта.
8 характеристики на ултразвуковия сензор за разстояние:
- Захранващо напрежение: 5V (DC).
- Захранващ ток: 15mA.
- Честота на модулация: 40Hz.
- Изход: 0 - 5V (Изход висок при откриване на препятствие в обхвата).
- Ъгъл на лъча: Макс. 15 градуса.
- Разстояние: 2см - 400см.
- Точност: 0,3 см.
- Комуникация: Положителен TTL импулс.
Работа на ултразвуков датчик за разстояние:
Модулът на ултразвуковия сензор се състои от един предавател и един приемник. Предавателят може да излъчва ултразвуков звук от 40 KHz, докато максималният приемник е проектиран да приема само 40 KHz звукови вълни. По този начин ултразвуковият сензор на приемника, който се държи до предавателя, трябва да може да приема отразени 40 KHz, след като модулът се изправи пред някакво препятствие отпред. По този начин, когато възникнат някакви препятствия пред ултразвуковия модул, той изчислява времето, необходимо за изпращане на сигналите до получаването им, тъй като времето и разстоянието са свързани за звукови вълни, преминаващи през въздушна среда с 343,2 m / sec. При получаване на сигнала програмата MC при изпълнение показва данните, т.е.разстоянието, измерено на LCD, свързано с микроконтролера в cms.
Ултразвукова схема на датчика за разстояние
Характерно е, че приложенията за роботика са много популярни, но вие също ще намерите този продукт като полезен в системите за сигурност или като инфрачервена замяна, ако е желано.
- Ултразвуков датчик за откриване на нивото на водата
Ултразвуково откриване
Блокова схема за безконтактен контролер за ниво на течността
безконтактен контролер за ниво на течността
Горната електрическа схема показва безконтактен контролер за ниво на течността в тази диаграма модулът на ултразвуковия сензор е свързан с микроконтролера. Винаги, когато нивото на нивото, измерено в cm, падне под зададена точка, помпата стартира, като усеща изходящия сигнал и приемащото ниво, идващо към ултразвуковия преобразувател, който се подава към микроконтролера. Когато микроконтролерът приеме сигнала от ултразвуковия преобразувател, той активира релето чрез MOSFET, който задейства помпата ON или OFF.
- Ултразвуково откриване на препятствия
Ултразвуковите сензори се използват за откриване на присъствието на цели и за измерване на разстоянието до цели в много роботизирани преработвателни предприятия и преработвателни предприятия. Предлагат се сензори с включен или изключен цифров изход за откриване на присъствието на обекти, а сензори с аналогов изход, който се променя спрямо сензора, за да се насочи на разстояние на разделяне, са налични в търговската мрежа.
Ултразвуковият сензор за препятствия се състои от набор от ултразвуков приемник и предавател, които работят на една и съща честота. Точката, когато нещо се движи в зоната, осигурила финото отместване на веригата, се влошава и се задейства зумерът / алармата.
Ултразвуков сензор за препятствия
Характеристика:
- Консумация на енергия от 20mA
- Импулсна комуникация
- Тесен ъгъл на приемане
- Предоставя точни, безконтактни оценки на разделяне в рамките на 2 см до 3 метра
- Светодиодът с точка на експлозия показва оценки в напредъка
- 3-пинов хедър улеснява свързването, използвайки серво връзка за развитие
Спецификации:
- Захранване: 5V DC
- Ток на покой:<15mA
- Ефективен ъгъл:<15°
- Разстояние на обхвата: 2см - 350см
- Разделителна способност: 0,3 cm
- Изходен цикъл: 50ms
Сензорът открива обекти, като излъчва кратък ултразвуков изблик и след това слуша за еко. Под контрола на хост микроконтролера сензорът излъчва кратък взрив от 40 kHz. Тази експлозия се осмелява или пътува във въздуха, удря изделие и след това отново отскача до сензора.
Сензорът осигурява изходен импулс на хоста, който ще прекрати, когато ехото бъде открито, поради което ширината на един импулс до следващия се взема в изчислението от програма за предоставяне на резултати на разстояние от обекта.
Сега сте разбрали приложенията и основната концепция за ултразвуково откриване, ако има въпроси по тази тема или по електрически и безконтактен контролер за ниво на течността оставете раздела за коментари по-долу.
