Ultraljudsdetektering används oftast i industriella applikationer för att upptäcka dolda spår, diskontinuiteter i metaller, kompositer, plast, keramik och för detektering av vattennivå. För detta ändamål har fysikens lagar som indikerar förökning av ljudvågor genom fasta material använts sedan ultraljudssensorer som använder ljud istället för ljus för detektering.
Vad är principen för detektion av ultraljud?
Definiera ljudvåg
Ljud är en mekanisk våg som färdas genom mediet, som kan vara en fast eller flytande eller gas. Ljudvågor kan färdas genom mediet med specifik hastighet beror på utbredningsmediet. Ljudvågorna som har hög frekvens reflekterar från gränser och producerar distinkta ekomönster.
Fysiklagar för ljudvågor
Ljudvågor har specifika frekvenser eller antal svängningar per sekund. Människor kan upptäcka ljud i ett frekvensområde från cirka 20Hz till 20 KHz. Frekvensområdet som normalt används i ultraljudsdetektering är 100 KHz till 50 MHz. Hastigheten för ultraljud vid en viss tidpunkt och temperatur är konstant i ett medium.
W = C / F (eller) W = CT
Där W = Våglängd
C = Ljudets hastighet i ett medium
F = Frekvens för våg
T = tidsperiod
De vanligaste metoderna för ultraljudsundersökning använder antingen longitudinella vågor eller skjuvvågor. Den längsgående vågen är en kompressionsvåg i vilken partikelrörelsen är i samma riktning som utbredningsvågen. Skjuvvågen är en vågrörelse i vilken partikelrörelsen är vinkelrät mot utbredningsriktningen. Ultraljudsdetektering introducerar högfrekventa ljudvågor i ett testobjekt för att få information om objektet utan att ändra eller skada det på något sätt. Två värden mäts i ultraljudsdetektering.
Den tid det tar för ljudet att röra sig genom mediet och amplituden för den mottagna signalen. Baserat på hastighet och tidstjocklek kan beräknas.
Tjockleken på materialet = Materialets ljudhastighet X Kamptid
Givare för vågförökning och partikeldetektering
För att skicka ljudvågor och ta emot ett eko används ultraljudssensorer, normalt kallade sändtagare eller givare. De arbetar på en princip som liknar radar som omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi i form av ljud och vice versa.
De vanligen använda omvandlarna är kontaktgivare, vinkelstrålgivare, fördröjningslinjeomvandlare, nedsänkningsgivare och dubbelelementgivare. Kontaktgivare används vanligtvis för att lokalisera håligheter och sprickor på utsidan av en del samt för att mäta tjockleken. Vinkelstrålgivare använder principen om reflektion och modkonvertering för att producera brytbar skjuvning eller längsgående vågor i testmaterialet.
Fördröjningsledningstransduktorer är enstaka längsgående våggivare som används i kombination med en utbytbar fördröjningslinje. En av anledningarna till att välja en fördröjningslinjeomvandlare är att upplösningen nära ytan kan förbättras. Fördröjningen gör att elementet kan sluta vibrera innan en retursignal från reflektorn kan tas emot.
De största fördelarna med nedsänkningstransduktorer framför kontaktgivare är enhetlig koppling minskar känslighetsvariationer, minskar skanningstiden och ökar känsligheten för små reflektorer.
Användning av ultraljudssensorer:
När en elektrisk puls med hög spänning appliceras på ultraljudsgivaren vibrerar den över ett specifikt frekvensspektrum och genererar en ljudvåg. Närhelst något hinder kommer framför ultraljudssensorn reflekteras ljudvågorna i form av eko och genererar en elektrisk puls. Den beräknar tiden det tar mellan att skicka ljudvågor och ta emot ekot. Ekmönstren jämförs med mönster för ljudvågor för att bestämma den detekterade signalens tillstånd.
3 applikationer som involverar ultraljuddetektering:
Avståndet mellan hinder eller diskontinuiteter i metaller är relaterat till ljudvågornas hastighet i ett medium genom vilket vågorna passerar och den tid det tar för eko-mottagning. Följaktligen kan ultraljuddetekteringen användas för att hitta avstånden mellan partiklar, för att detektera diskontinuiteter i metaller och för att indikera vätskenivån.
- Ultraljudsmätning
Ultraljudsgivare används för avståndsmätning. Dessa prylar överför regelbundet ett kort ultraljud till ett mål som reflekterar ljudet tillbaka till sensorn. Systemet mäter sedan tiden för ekot att återvända till sensorn och beräknar avståndet till målet med hjälp av ljudhastigheten inom mediet.
Olika typer av omvandlare används inom industriellt tillgängliga ultraljudsrengöringsanordningar. En ultraljudsgivare fästs på en rostfri stålpanna som är fylld med ett lösningsmedel och en fyrkantig våg appliceras på den, vilket ger vätskans vibrationsenergi.
Ultraljudsavståndssensor
Ultraljudsavståndssensorerna mäter avståndet med ekolod, en ultraljudssändning (långt över mänsklig hörsel) överförs från enheten och avståndet till målet bestäms genom att mäta den tid som krävs för ekreturen. Utgången från ultraljudssensorn är en takt med variabel bredd som jämförs med avståndet till målet.
8 funktioner i ultraljudssensorn:
- Matningsspänning: 5V (DC).
- Matningsström: 15mA.
- Modulationsfrekvens: 40Hz.
- Utgång: 0 - 5V (Utgång hög när hinder upptäcks inom räckvidden).
- Strålvinkel: Max 15 grader.
- Avstånd: 2cm - 400cm.
- Noggrannhet: 0,3 cm.
- Kommunikation: Positiv TTL-puls.
Användning av ultraljudsavståndssensor:
Ultraljudssensormodulen består av en sändare och en mottagare. Sändaren kan leverera 40 KHz ultraljud medan den maximala mottagaren är utformad för att endast acceptera 40 KHz ljudvågor. Mottagarens ultraljudssensor som hålls bredvid sändaren ska således kunna ta emot reflekterade 40 KHz när modulen står inför något hinder framför. Således närhelst några hinder före ultraljudsmodulen beräknar den tiden det tar att skicka signalerna till att ta emot dem eftersom tid och avstånd är relaterade för ljudvågor som passerar genom luftmediet vid 343,2 m / sek. Vid mottagning av signalen visar MC-programmet under körning data, dvs. avståndet uppmätt på en LCD som är gränssnitt med mikrokontrollern i cms.
Ultraljudsavståndssensorkrets
Karaktäristiskt är att robotikapplikationer är mycket populära, men den här produkten kommer också att vara användbar i säkerhetssystem eller som en infraröd ersättning om så önskas.
- Ultraljudsgivare för detektering av vattennivå
Ultraljudsdetektion
Blockdiagram för kontaktlös vätskenivåregulator
kontaktlös vätskenivåregulator
Ovanstående kretsschema visar kontaktlös vätskenivåregulator i detta diagram är ultraljudssensormodulen ansluten till mikrokontrollern. Närhelst nivåavstånd uppmätt i cm faller ner under en inställningspunkt börjar pumpen med att känna av signalen som kommer ut och mottagningsnivå som kommer till ultraljudsomvandlaren som matas till mikrokontrollern. När mikrokontrollern tar emot signalen från ultraljudsgivaren aktiverar den reläet via en MOSFET som kör pumpen PÅ eller AV.
- Ultraljudsdetektering av hinder
Ultraljudssensorer används för att detektera närvaron av mål och för att mäta avståndet till mål i många robotiserade bearbetningsanläggningar och processanläggningar. Sensorer med en PÅ eller AV digital utgång är tillgängliga för att detektera närvaron av föremål och sensorer med en analog utgång som ändras i förhållande till sensorn till målseparationsavstånd är kommersiellt tillgängliga.
Ultraljudshindringssensorn består av en uppsättning ultraljudsmottagare och sändare som arbetar med samma frekvens. Punktet när något rör sig i zonen som säkrat kretsens fina förskjutning förvärras och summer / larm utlöses.
Ultraljudshindringssensor
Funktioner:
- Effektförbrukning på 20 mA
- Puls in / ut-kommunikation
- Smal acceptansvinkel
- Ger exakta beräkningsfria separationsuppskattningar inom 2 cm till 3 m
- Explosionspunkt-lysdioden visar uppskattningar i framsteget
- 3-stifts header gör det enkelt att ansluta med hjälp av en länk för servoutveckling
Specifikationer:
- Strömförsörjning: 5V DC
- Vilande ström:<15mA
- Effektiv vinkel:<15°
- Räckvidd: 2 cm - 350 cm
- Upplösning: 0,3 cm
- Utgångscykel: 50 ms
Sensorn upptäcker föremål genom att avge en kort ultraljudssurst och sedan lyssna på miljön. Under kontroll av en värdmikrokontroller avger sensorn en kort 40 kHz explosion. Denna explosion vågar eller reser genom luften träffar en artikel och studsar därefter åter till sensorn.
Sensorn tillhandahåller en utgångspuls till värden som kommer att avslutas när ekot detekteras, varför bredden av en puls till nästa tas med i beräkningen av ett program för att ge resultat på ett avstånd från objektet.
Nu har du förstått tillämpningarna och det grundläggande konceptet för ultraljuddetektering om några frågor om detta ämne eller om det elektriska och kontaktlös vätskenivåregulator lämna kommentarsektionen nedan.
