Ultralyddeteksjon - Grunnleggende og bruk

Ultralyddeteksjon brukes oftest i industrielle applikasjoner for å oppdage skjulte spor, diskontinuiteter i metaller, kompositter, plast, keramikk og for deteksjon av vannstand. For dette formål har fysikkens lover som indikerer forplantning av lydbølger gjennom faste materialer blitt brukt siden ultralydssensorer som bruker lyd i stedet for lys for deteksjon.

Hva er prinsippet med ultralyddeteksjon?

Definere lydbølge

Lyd er en mekanisk bølge som beveger seg gjennom mediet, som kan være et fast stoff, eller væske eller gass. Lydbølger kan bevege seg gjennom mediumene med spesifikk hastighet, avhenger av forplantningsmediet. Lydbølgene som har høy frekvens reflekterer fra grenser og produserer særegne ekkomønstre.

Lov om fysikk for lydbølger

Lydbølger har spesifikke frekvenser eller antall svingninger per sekund. Mennesker kan oppdage lyder i et frekvensområde fra omtrent 20Hz til 20 KHz. Imidlertid er frekvensområdet som normalt brukes i ultralyddeteksjon er 100 KHz til 50MHz. Hastigheten til ultralyd på et bestemt tidspunkt og temperatur er konstant i et medium.

W = C / F (eller) W = CT

Hvor W = Bølgelengde

C = Lydhastighet i et medium

F = Frekvens av bølge

T = Tidsperiode

De vanligste metodene for ultralydundersøkelse benytter enten langsgående eller skjærbølger. Den langsgående bølgen er en kompresjonsbølge der partikkelbevegelsen er i samme retning som forplantningsbølgen. Skjærbølgen er en bølgebevegelse der partikkelbevegelsen er vinkelrett på forplantningsretningen. Ultralyddeteksjon introduserer høyfrekvente lydbølger i et testobjekt for å få informasjon om objektet uten å endre eller skade det på noen måte. To verdier måles i ultralyddeteksjon.

Hvor lang tid det tar før lyden beveger seg gjennom mediet og amplituden til det mottatte signalet. Basert på hastighet og tidstykkelse kan beregnes.

Tykkelsen på materialet = Materiell lydhastighet X Kampstid

Transdusere for bølgeforplantning og partikkeldeteksjon

For å sende lydbølger og motta et ekko, vil ultralydssensorer, vanligvis kalt transceivers eller transducers, bli brukt. De jobber på et prinsipp som ligner på radar som vil konvertere elektrisk energi til mekanisk energi i form av lyd, og omvendt.

De mest brukte transduserne er kontakttransdusere, vinkelstråletransdusere, forsinkelseslinjetransdusere, nedsenkningstransdusere og dobbeltelementtransdusere. Kontaktomformere brukes vanligvis til å lokalisere hulrom og sprekker på utsiden av en del, samt å måle tykkelsen. Vinkelstråletransdusere bruker prinsippet om refleksjon og moduskonvertering for å produsere brytbar skjær eller langsgående bølger i testmaterialet.

Forsinkelseslinjetransdusere er enkeltelement langsgående bølgetransdusere som brukes sammen med en utskiftbar forsinkelseslinje. En av grunnene til å velge en forsinkelseslinjetransduser er at oppløsningen på overflaten kan forbedres. Forsinkelsen gjør at elementet kan slutte å vibrere før et retursignal fra reflektoren kan mottas.

De viktigste fordelene som nedsenkingstransdusere gir fremfor kontakttransdusere er Uniform kobling reduserer følsomhetsvariasjoner, Reduserer skanningstid og øker følsomheten for små reflektorer.

Betjening av ultralydssensorer:

Når en elektrisk puls med høy spenning påføres ultralydtransduseren, vibrerer den over et spesifikt frekvensspekter og genererer et utbrudd av lydbølger. Når noen hindringer kommer foran ultralydsensoren, reflekteres lydbølgene i form av ekko og genererer en elektrisk puls. Den beregner tiden det tar mellom å sende lydbølger og motta ekkoet. Ekkomønstrene vil bli sammenlignet med mønstrene til lydbølger for å bestemme det oppdagede signalets tilstand.

3 applikasjoner som involverer ultralyddeteksjon:

Avstanden til hindringer eller diskontinuiteter i metaller er relatert til hastigheten på lydbølger i et medium som bølgene føres gjennom og tiden det tar for ekkomottak. Derfor kan ultralyddeteksjonen brukes til å finne avstandene mellom partikler, for å oppdage diskontinuiteter i metaller og for å indikere væskenivået.

• Ultralydmåling

Ultralydssensorer brukes til applikasjoner for avstandsmåling. Disse gadgetene overfører regelmessig en kort serie ultralyd til et mål, som reflekterer lyden tilbake til sensoren. Systemet måler deretter ekkoets tid til å gå tilbake til sensoren og beregner avstanden til målet ved hjelp av lydhastigheten i mediet.

Ulike typer transdusere brukes i industrielt tilgjengelige ultralydrenseanordninger. En ultralydstransduser er festet til en rustfri stålpanne som er fylt med et løsningsmiddel, og det påføres en firkantbølge som gir væskeenergi til vibrasjon.

Ultralydavstandssensor

Ultralydsavstandssensorene måler avstand ved hjelp av ekkolodd og et ultralydsslag (langt over menneskelig hørsel) overføres fra enheten, og avstand til mål bestemmes ved å måle tiden det tar for ekkoereturen. Utgangen fra ultralydssensoren er et slag med variabel bredde som sammenlignes med avstanden til målet.

8 funksjoner til ultralydsavstandssensoren:

1. Forsyningsspenning: 5V (DC).
2. Forsyningsstrøm: 15mA.
3. Modulasjonsfrekvens: 40Hz.
4. Utgang: 0 - 5V (Effekt høy når hindring oppdages i rekkevidde).
5. Strålevinkel: Maks 15 grader.
6. Avstand: 2cm - 400cm.
7. Nøyaktighet: 0,3 cm.
8. Kommunikasjon: Positiv TTL-puls.

Betjening av ultralydssensor:

Ultralydsensormodulen består av en sender og en mottaker. Senderen kan levere 40 KHz ultralydlyd mens den maksimale mottakeren er designet for å akseptere bare 40 KHz lydbølger. Mottakerens ultralydssensor som holdes ved siden av senderen skal således kunne motta reflektert 40 KHz, når modulen står overfor noe hinder foran. Således når det kommer noen hindringer foran ultralydmodulen, beregner den tiden det tar å sende signalene til å motta dem siden tid og avstand er relatert for lydbølger som passerer gjennom luftmediet ved 343,2 m / sek. Ved mottak av signalet viser MC-programmet mens det blir utført dataene, dvs. avstanden målt på en LCD som er grensesnittet med mikrokontrolleren i cms.

Ultralydavstandssensorkrets

Karakteristisk er at robotikkapplikasjoner er veldig populære, men du vil også finne at dette produktet er nyttig i sikkerhetssystemer eller som en infrarød erstatning hvis det er ønskelig.

• Ultralydgivere for deteksjon av vannstand

Ultralyddeteksjon

Blokkdiagram for kontaktløs væskenivåkontroll

kontaktløs væskenivåkontroll

Ovennevnte kretsskjema viser kontaktløs væskenivåkontroll i dette diagrammet er ultralydsensormodulen grensesnittet med mikrokontrolleren. Hver gang nivåavstand målt i cm faller under et innstilt punkt, starter pumpen med å registrere signalet som kommer ut og motta nivå som kommer til ultralydtransduseren som blir matet til mikrokontrolleren. Når mikrokontrolleren mottar signalet fra ultralydtransduseren, aktiverer det reléet gjennom en MOSFET som betjente pumpen PÅ eller AV.

• Ultralyd hindringsdeteksjon

Ultralydssensorer brukes til å oppdage tilstedeværelsen av mål og for å måle avstanden til mål i mange robotiserte prosessanlegg og prosessanlegg. Sensorer med digital utgang PÅ eller AV er tilgjengelige for å oppdage tilstedeværelsen av gjenstander, og sensorer med en analog utgang som endres i forhold til sensoren til målseparasjonsavstanden er kommersielt tilgjengelige.

Ultralyds hindringssensor består av et sett med ultralydmottaker og sender som fungerer på samme frekvens. Poenget når noe beveger seg i sonen sikret kretsens fine forskyvning forverres og summer / alarm utløses.

Ultralyds hindringssensor

Egenskaper:

• Strømforbruk på 20mA
• Puls inn / ut-kommunikasjon
• Smal akseptvinkel
• Tilbyr nøyaktige berøringsfrie separasjonsestimasjoner innen 2 cm til 3 m
• Eksplosjonspunkt-LED viser estimater i fremdriften
• 3-pins topptekst gjør det enkelt å koble til ved hjelp av en lenke til utvikling av servo

Spesifikasjoner:

• Strømforsyning: 5V DC
• Hvilestrøm:<15mA
• Effektiv vinkel:<15°
• Rangering avstand: 2cm - 350 cm
• Oppløsning: 0,3 cm
• Utgangssyklus: 50ms

Sensoren oppdager gjenstander ved å sende ut en kort ultralydssprengning og deretter lytte etter miljøet. Under kontroll av en vertsmikrokontroller avgir sensoren en kort 40 kHz eksplosjon. Denne eksplosjonen våger seg eller beveger seg gjennom luften og treffer en artikkel og spretter etterpå igjen til sensoren.

Sensoren tilfører en utgangspuls til verten som vil avsluttes når ekko detekteres, og bredden på en puls til den neste blir tatt med i beregningen av et program for å gi resultater i en avstand fra objektet.

Nå har du forstått applikasjonene og det grunnleggende konseptet med ultralyddeteksjon hvis du har spørsmål om dette emnet eller om det elektriske og kontaktløs væskenivåkontroll la kommentarfeltet nedenfor.