Ультразвуковое обнаружение чаще всего используется в промышленных приложениях для обнаружения скрытых следов, неоднородностей в металлах, композитах, пластмассах, керамике, а также для определения уровня воды. Для этой цели используются законы физики, указывающие на распространение звуковых волн через твердые материалы, поскольку ультразвуковые датчики используют для обнаружения звук вместо света.

Каков принцип ультразвукового обнаружения?

Определение звуковой волны

Звук - это механическая волна, проходящая через среду, которая может быть твердым телом, жидкостью или газом. Звуковые волны могут проходить через среды с определенной скоростью, которая зависит от среды распространения. Звуковые волны высокой частоты отражаются от границ и создают отчетливые эхо-модели.

Законы физики для звуковых волн

Звуковые волны имеют определенные частоты или количество колебаний в секунду. Люди могут улавливать звуки в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц. Однако частотный диапазон, обычно используемый в ультразвуковое обнаружение составляет от 100 кГц до 50 МГц. Скорость ультразвука в определенный момент времени и температура в среде постоянны.

W = C / F (или) W = CT

Где W = длина волны

C = Скорость звука в среде

F = частота волны

T = период времени

Наиболее распространенные методы ультразвукового исследования используют продольные или поперечные волны. Продольная волна - это волна сжатия, в которой движение частицы происходит в том же направлении, что и волна распространения. Сдвиговая волна - это волновое движение, в котором движение частицы перпендикулярно направлению распространения. Ультразвуковое обнаружение вводит высокочастотные звуковые волны в объект контроля, чтобы получить информацию об объекте, не изменяя и не повреждая его. При ультразвуковом обнаружении измеряются два значения.

Время, необходимое звуку для прохождения через среду, и амплитуда принятого сигнала. На основании скорости и времени можно рассчитать толщину.

Толщина материала = Скорость звука в материале X Время боя

“как восстановить точность биметаллического градусника ”

Преобразователи для распространения волн и обнаружения частиц

Для отправки звуковых волн и приема эха будут использоваться ультразвуковые датчики, обычно называемые трансиверами или преобразователями. Они работают по принципу, аналогичному принципу работы радара, который преобразует электрическую энергию в механическую энергию в виде звука и наоборот.

Обычно используемые преобразователи - это контактные преобразователи, преобразователи углового луча, преобразователи с линией задержки, иммерсионные преобразователи и двухэлементные преобразователи. Контактные преобразователи обычно используются для обнаружения пустот и трещин на внешней поверхности детали, а также для измерения толщины. Преобразователи углового луча используют принцип отражения и преобразования мод для создания преломленных поперечных или продольных волн в исследуемом материале.

Преобразователи с линией задержки представляют собой одноэлементные преобразователи продольной волны, используемые вместе со сменной линией задержки. Одна из причин выбора датчика с линией задержки заключается в том, что можно улучшить приповерхностное разрешение. Задержка позволяет элементу перестать вибрировать до того, как будет получен обратный сигнал от отражателя.

Основные преимущества, предлагаемые иммерсионными преобразователями по сравнению с контактными преобразователями, - это равномерное соединение, которое снижает колебания чувствительности, сокращение времени сканирования и увеличивает чувствительность к небольшим отражателям.

Работа ультразвуковых датчиков:

Когда на ультразвуковой преобразователь подается электрический импульс высокого напряжения, он колеблется в определенном спектре частот и генерирует всплеск звуковых волн. Всякий раз, когда перед ультразвуковым датчиком появляется какое-либо препятствие, звуковые волны отражаются обратно в виде эха и генерируют электрический импульс. Он вычисляет время, которое проходит между отправкой звуковых волн и получением эха. Образцы эха будут сравниваться с образцами звуковых волн для определения состояния обнаруженного сигнала.

3 Приложения, связанные с ультразвуковым обнаружением:

Расстояние до препятствия или неоднородностей в металлах зависит от скорости звуковых волн в среде, через которую проходят волны, и времени, необходимого для приема эха. Следовательно, ультразвуковое обнаружение можно использовать для определения расстояний между частицами, для обнаружения неоднородностей в металлах и для указания уровня жидкости.

Ультразвуковое измерение расстояния

Ультразвуковые датчики используются для измерения расстояния. Эти устройства регулярно передают к цели короткие импульсы ультразвукового звука, которые отражают звук обратно на датчик. Затем система измеряет время, за которое эхо-сигнал возвращается к датчику, и вычисляет расстояние до цели, используя скорость звука в среде.

В промышленных устройствах ультразвуковой очистки используются различные типы датчиков. Ультразвуковой преобразователь прикрепляют к поддону из нержавеющей стали, заполненному растворителем, и на него прикладывают прямоугольную волну, передавая энергию вибрации жидкости.

Ультразвуковой датчик расстояния

Ультразвуковые датчики расстояния измеряют расстояние с помощью гидролокатора, ультразвуковое (намного превышающее человеческий слух) биение передается от устройства, и расстояние до цели определяется путем измерения времени, необходимого для возврата эхо-сигнала. Выходной сигнал ультразвукового датчика представляет собой биение переменной ширины, которое сравнивается с расстоянием до цели.

“генератор работает по принципу электромагнитной индукции ”

8 характеристик ультразвукового датчика расстояния:

Напряжение питания: 5 В постоянного тока.
Ток питания: 15 мА.
Частота модуляции: 40 Гц.
Выход: 0 - 5 В (высокий выход при обнаружении препятствия в диапазоне).
Угол луча: не более 15 градусов.
Расстояние: 2 см - 400 см.
Точность: 0,3 см.
Связь: положительный импульс TTL.

Работа ультразвукового датчика расстояния:

Модуль ультразвукового датчика состоит из одного передатчика и одного приемника. Передатчик может передавать ультразвуковой звук с частотой 40 кГц, в то время как максимальный приемник рассчитан на прием звуковых волн только с частотой 40 кГц. Ультразвуковой датчик приемника, который находится рядом с передатчиком, должен, таким образом, принимать отраженный сигнал частотой 40 кГц, как только модуль сталкивается с любым препятствием впереди. Таким образом, всякий раз, когда перед ультразвуковым модулем появляются какие-либо препятствия, он вычисляет время, необходимое от отправки сигналов до их приема, поскольку время и расстояние связаны для звуковых волн, проходящих через воздушную среду со скоростью 343,2 м / сек. После получения сигнала MC программа во время выполнения отображает данные, то есть расстояние, измеренное на ЖК-дисплее, сопряженном с микроконтроллером, в см.

Цепь ультразвукового датчика расстояния

Как правило, приложения для робототехники очень популярны, но вы также найдете этот продукт полезным в системах безопасности или в качестве замены инфракрасного порта, если захотите.

Ультразвуковой датчик для определения уровня воды

Ультразвуковое обнаружение

Блок-схема бесконтактного регулятора уровня жидкости

бесконтактный контроллер уровня жидкости

На приведенной выше принципиальной схеме показан бесконтактный контроллер уровня жидкости на этой схеме модуль ультразвукового датчика сопряжен с микроконтроллером. Каждый раз, когда расстояние уровня, измеряемое в см, опускается ниже заданного значения, насос запускается, регистрируя исходящий сигнал и получая уровень, поступающий на ультразвуковой преобразователь, который подается на микроконтроллер. Когда микроконтроллер получает сигнал от ультразвукового преобразователя, он активирует реле через полевой МОП-транзистор, который включает или выключает насос.

Ультразвуковое обнаружение препятствий

Ультразвуковые датчики используются для обнаружения целей и измерения расстояния до целей на многих роботизированных перерабатывающих предприятиях и производственных предприятиях. Датчики с цифровым выходом ВКЛ или ВЫКЛ доступны для обнаружения присутствия объектов, а датчики с аналоговым выходом, который изменяется по отношению к расстоянию от датчика до цели, коммерчески доступны.

Ультразвуковой

Ультразвуковой датчик препятствий состоит из набора ультразвукового приемника и передатчика, которые работают на одной частоте. Момент, когда что-то движется в зоне, обеспечивающей точное смещение цепи, ухудшается и срабатывает зуммер / тревога.

Ультразвуковой датчик препятствий

Функции:

Потребляемая мощность 20 мА
Импульсный вход / выход
Узкий угол приема
Обеспечивает точную бесконтактную оценку расстояния от 2 см до 3 м
Светодиод точки взрыва показывает оценки в продвижении
3-контактный разъем упрощает подключение с помощью ссылки разработки сервопривода

Характеристики:

Источник питания: 5 В постоянного тока
Ток покоя:<15mA
Эффективный угол:<15°
Расстояние измерения: 2 см - 350 см
Разрешение: 0,3 см
Выходной цикл: 50 мс

Датчик обнаруживает объекты, испуская короткий ультразвуковой сигнал, а затем прислушиваясь к эко. Под управлением главного микроконтроллера датчик излучает короткий взрыв 40 кГц. Этот взрыв совершается или проходит по воздуху, ударяясь о предмет, а затем снова отскакивает от датчика.

Датчик выдает выходной импульс на хост, который прекращается при обнаружении эхо-сигнала, поэтому ширина от одного импульса до следующего принимается в расчет программой для получения результатов по расстоянию до объекта.

Теперь вы поняли применение и базовую концепцию ультразвукового обнаружения, если возникнут какие-либо вопросы по этой теме или по электрическим и бесконтактный контроллер уровня жидкости оставьте раздел комментариев ниже.