Ultralydsdetektion bruges mest i industrielle applikationer til at detektere skjulte spor, diskontinuiteter i metaller, kompositter, plast, keramik og til detektion af vandstand. Til dette formål er de fysiske love, der indikerer udbredelsen af lydbølger gennem faste materialer, blevet brugt siden ultralydssensorer, der bruger lyd i stedet for lys til detektion.
Hvad er princippet om ultralydsdetektion?
Definition af lydbølge
Lyd er en mekanisk bølge, der bevæger sig gennem mediet, som kan være et fast stof, eller væske eller gas. Lydbølger kan bevæge sig gennem mediet med specifik hastighed afhænger af formeringsmediet. Lydbølgerne, der har høj frekvens, reflekteres fra grænser og producerer markante ekkomønstre.
Lovgivning om fysik til lydbølger
Lydbølger har specifikke frekvenser eller antal svingninger pr. Sekund. Mennesker kan registrere lyde i et frekvensområde fra ca. 20Hz til 20 KHz. Frekvensområdet, der normalt anvendes i ultralydsdetektion er 100 KHz til 50MHz. Ultralydshastigheden på et bestemt tidspunkt og en temperatur er konstant i et medium.
W = C / F (eller) W = CT
Hvor W = Bølgelængde
C = Lydhastighed i et medium
F = Frekvens af bølge
T = Tidsperiode
De mest almindelige metoder til ultralydsundersøgelse anvender enten længdebølger eller forskydningsbølger. Den langsgående bølge er en kompressionsbølge, hvor partikelbevægelsen er i samme retning som forplantningsbølgen. Forskydningsbølgen er en bølgebevægelse, hvor partikelbevægelsen er vinkelret på udbredelsesretningen. Ultralyddetektering introducerer højfrekvente lydbølger i et testobjekt for at få information om objektet uden at ændre eller beskadige det på nogen måde. To værdier måles i ultralydsdetektion.
Den tid, det tager for lyden at bevæge sig gennem mediet og amplituden på det modtagne signal. Baseret på hastighed og tidstykkelse kan beregnes.
Tykkelsen af materiale = Materiel lydhastighed X Kampstid
Transducere til bølgeforplantning og detektion af partikler
Til afsendelse af lydbølger og modtagelse af ekko anvendes ultralydssensorer, normalt kaldet transceivere eller transducere. De arbejder på et princip svarende til radar, der omdanner elektrisk energi til mekanisk energi i form af lyd og omvendt.
De almindeligt anvendte transducere er kontakttransducere, vinkelstråletransducere, forsinkelsestransducere, nedsænkningstransducere og dobbeltelementtransducere. Kontakttransducere bruges typisk til at lokalisere hulrum og revner på den udvendige overflade af en del såvel som til måling af tykkelse. Vinkelstråletransducere bruger princippet om refleksion og tilstandskonvertering til at producere brydede forskydnings- eller længdebølger i testmaterialet.
Forsinkelsestransducere er enkeltelement-langsgående bølgetransducere, der anvendes sammen med en udskiftelig forsinkelseslinje. En af grundene til at vælge en forsinket linjetransducer er, at opløsning på overfladen kan forbedres. Forsinkelsen gør det muligt for elementet at stoppe med at vibrere, før et retursignal fra reflektoren kan modtages.
De største fordele ved nedsænkningstransducere frem for kontakttransducere er Ensartet kobling reducerer følsomhedsvariationer, Reduktion af scanningstid og øger følsomheden over for små reflektorer.
Betjening af ultralydssensorer:
Når en elektrisk puls med høj spænding påføres ultralydstransduceren, vibrerer den over et specifikt frekvensspektrum og genererer en burst af lydbølger. Når enhver forhindring kommer foran ultralydssensoren, reflekteres lydbølgerne i form af ekko og genererer en elektrisk puls. Den beregner den tid, det tager mellem afsendelse af lydbølger og modtagelse af ekkoet. Ekkomønstrene sammenlignes med lydbølgemønstrene for at bestemme det detekterede signals tilstand.
3 applikationer, der involverer ultralydsdetektion:
Afstanden mellem forhindringer eller diskontinuiteter i metaller er relateret til hastigheden af lydbølger i et medium, hvorigennem bølger passeres, og den tid det tager for ekkomodtagelse. Ultralydsdetektering kan derfor anvendes til at finde afstandene mellem partikler, til at detektere diskontinuiteter i metaller og til at indikere væskeniveauet.
- Ultralydsmåling
Ultralydssensorer bruges til fjernmåling. Disse gadgets sender regelmæssigt en kort burst af ultralydslyd til et mål, som reflekterer lyden tilbage til sensoren. Systemet måler derefter tiden for ekkoet at vende tilbage til sensoren og beregner afstanden til målet ved hjælp af lydhastigheden inden i mediet.
Forskellige typer transducere anvendes inden for industrielt tilgængelige ultralydsrenseanordninger. En ultralydstransducer er fastgjort til en rustfri stålpande, der er fyldt med et opløsningsmiddel, og der påføres en firkantbølge, der giver væsken energi til vibration.
Ultralyds afstandssensor
Ultralydssensorerne måler afstand ved hjælp af ekkolod, og der sendes et ultralydsslag (langt over menneskelig hørelse) fra enheden, og afstand-til-mål bestemmes ved at måle den tid, der kræves til ekkoereturen. Outputtet fra ultralydssensoren er en variabel bredde, der sammenligner med afstanden til målet.
8 funktioner i den ultralyds afstandssensor:
- Forsyningsspænding: 5V (DC).
- Forsyningsstrøm: 15mA.
- Modulationsfrekvens: 40Hz.
- Output: 0 - 5V (Output høj, når forhindring registreres inden for rækkevidde).
- Strålevinkel: Maks. 15 grader.
- Afstand: 2cm - 400cm.
- Nøjagtighed: 0,3 cm.
- Kommunikation: Positiv TTL-puls.
Betjening af ultralydssensor:
Ultralydssensormodulet består af en sender og en modtager. Senderen kan levere 40 KHz ultralydslyd, mens den maksimale modtager er designet til kun at acceptere 40 KHz lydbølger. Modtagerens ultralydssensor, der holdes ved siden af senderen, skal således være i stand til at modtage reflekterede 40 KHz, når modulet står over for en forhindring foran. Således når der kommer forhindringer foran ultralydsmodulet, beregner det den tid, det tager at sende signalerne til modtagelse, da tid og afstand er relateret til lydbølger, der passerer gennem luftmediet ved 343,2 m / sek. Efter modtagelse af signalet viser MC-programmet, mens det udføres, dataene, dvs. afstanden målt på en LCD, der er grænseflade til mikrokontrolleren i cms.
Ultralyds afstandssensor kredsløb
Karakteristisk er, at robotikapplikationer er meget populære, men du finder også dette produkt til at være nyttigt i sikkerhedssystemer eller som en infrarød erstatning, hvis det ønskes.
- Ultralydstransducer til detektion af vandstand
Ultralyddetektion
Blokdiagram for kontaktløs væskestandregulator
kontaktløs væskestandskontrol
Ovenstående kredsløbsdiagram viser kontaktløs væskestandskontrol i dette diagram er ultralydssensormodulet grænseflade med mikrokontrolleren. Hver gang niveauafstand målt i cm falder ned under et sætpunkt, starter pumpen med at registrere signalet, der kommer ud og modtage niveau, der kommer til ultralydstransduceren, der føres til mikrokontrolleren. Når mikrokontrolleren modtager signalet fra ultralydstransduceren, aktiverer det relæet gennem en MOSFET, der betjener pumpen TIL eller FRA.
- Ultralyd forhindringsdetektion
Ultralydssensorer bruges til at detektere tilstedeværelsen af mål og til at måle afstanden til mål i mange robotiserede procesanlæg og procesanlæg. Sensorer med en ON eller OFF digital udgang er tilgængelige til at detektere tilstedeværelsen af objekter, og sensorer med en analog udgang, der ændres i forhold til sensoren til måladskillelsesafstand, er kommercielt tilgængelige.
Ultralydshindringssensor består af et sæt ultralydsmodtager og sender, der fungerer med samme frekvens. Det punkt, hvor noget bevæger sig i zonen, der sikrede kredsløbets fine forskydning, forværres, og summeren / alarmen udløses.
Ultralydshindringssensor
Funktioner:
- Strømforbrug på 20 mA
- Puls ind / ud kommunikation
- Smal acceptvinkel
- Giver nøjagtige skøn, der ikke berører kontakt, inden for 2 cm til 3 m
- Eksplosionspunkt-LED viser estimater i fremskridtet
- 3-bens header gør det nemt at oprette forbindelse ved hjælp af et servo-udviklingslink
Specifikationer:
- Strømforsyning: 5V DC
- Hvilestrøm:<15mA
- Effektiv vinkel:<15°
- Strækningsafstand: 2 cm - 350 cm
- Opløsning: 0,3 cm
- Output cyklus: 50ms
Sensoren registrerer genstande ved at udsende en kort ultralydssprengning og derefter lytte efter øko. Under kontrol af en værtsmikrocontroller udsender sensoren en kort 40 kHz eksplosion. Denne eksplosion vover eller bevæger sig gennem luften, rammer en artikel og springer derefter igen til sensoren.
Sensoren tilvejebringer en udgangspuls til værten, der vil afslutte, når ekkoet detekteres, hvorefter bredden af en puls til den næste tages med i beregningen af et program for at tilvejebringe resultater i en afstand af objektet.
Nu har du forstået applikationerne og det grundlæggende koncept for ultralydsdetektion, hvis der er spørgsmål om dette emne eller om det elektriske og kontaktløs væskestandskontrol efterlad kommentarfeltet nedenfor.
