Ultraskaņas noteikšanu visbiežāk izmanto rūpnieciskos nolūkos, lai noteiktu slēptās sliedes, metālu, kompozītu, plastmasas, keramikas pārtraukumus un ūdens līmeņa noteikšanu. Šim nolūkam fizikas likumi, kas norāda skaņas viļņu izplatīšanos caur cietiem materiāliem, ir izmantoti kopš ultraskaņas sensoriem, kuru noteikšanai gaismas vietā izmanto skaņu.
Kāds ir ultraskaņas noteikšanas princips?
Skaņas viļņa noteikšana
Skaņa ir mehānisks vilnis, kas iet caur nesējiem, kas var būt ciets, šķidrs vai gāzveida. Skaņas viļņi var pārvietoties pa nesējiem ar noteiktu ātrumu, kas atkarīgs no izplatīšanās vides. Skaņas viļņi, kuriem ir augsta frekvence, atstaro no robežām un rada atšķirīgus atbalss modeļus.
Fizikas likumi skaņas viļņiem
Skaņas viļņiem ir noteiktas frekvences vai svārstību skaits sekundē. Cilvēks var noteikt skaņas frekvenču diapazonā no aptuveni 20Hz līdz 20 KHz. Tomēr frekvenču diapazons, ko parasti izmanto ultraskaņas noteikšana ir 100 KHz līdz 50 MHz. Ultraskaņas ātrums noteiktā laikā un temperatūrā vidē ir nemainīgs.
W = C / F (vai) W = CT
Kur W = viļņa garums
C = skaņas ātrums vidē
F = viļņa biežums
T = laika periods
Visizplatītākās ultraskaņas izmeklēšanas metodes izmanto vai nu gareniskos, vai bīdes viļņus. Gareniskais vilnis ir saspiešanas vilnis, kurā daļiņu kustība ir tajā pašā izplatīšanās viļņa virzienā. Bīdes vilnis ir viļņu kustība, kurā daļiņu kustība ir perpendikulāra izplatīšanās virzienam. Ultraskaņas noteikšana testa objektā ievada augstas frekvences skaņas viļņus, lai iegūtu informāciju par objektu, nekādā veidā to nemainot vai nesabojājot. Ultraskaņas noteikšanā mēra divas vērtības.
Laika ilgums, kas nepieciešams, lai skaņa pārvietotos pa uztvertā signāla barotni un amplitūdu. Pamatojoties uz ātrumu un laika biezumu, var aprēķināt.
Materiāla biezums = materiāla skaņas ātrums X cīņas laiks
Devēji viļņu izplatīšanai un daļiņu noteikšanai
Skaņas viļņu sūtīšanai un atbalss saņemšanai tiks izmantoti ultraskaņas sensori, kurus parasti sauc par uztvērējiem vai pārveidotājiem. Viņi strādā pēc principa, kas līdzīgs radaram, kas pārveidos elektrisko enerģiju par mehānisku enerģiju skaņas veidā un otrādi.
Parasti izmantotie pārveidotāji ir kontaktu devēji, leņķa staru pārveidotāji, aizkaves līnijas pārveidotāji, iegremdēšanas pārveidotāji un divu elementu pārveidotāji. Kontaktdevējus parasti izmanto tukšumu un plaisu noteikšanai uz detaļas ārējās virsmas, kā arī biezuma mērīšanai. Leņķa staru pārveidotāji izmanto atstarošanas un režīma pārveidošanas principu, lai testa materiālā radītu lauztus bīdes vai gareniskos viļņus.
Kavēšanās līnijas pārveidotāji ir viena elementa garenvirziena viļņu devēji, kurus izmanto kopā ar nomaināmu aizkaves līniju. Viens no aizkavēšanās līnijas devēja izvēles iemesliem ir tas, ka var uzlabot gandrīz virsmas izšķirtspēju. Kavēšanās ļauj elementam pārtraukt vibrēt, pirms var saņemt atgriešanās signālu no atstarotāja.
Galvenās priekšrocības, ko piedāvā iegremdēšanas pārveidotāji salīdzinājumā ar kontaktu pārveidotājiem, ir vienota savienošana samazina jutības variācijas, saīsina skenēšanas laiku un palielina jutību pret maziem atstarotājiem.
Ultraskaņas sensoru darbība:
Ja ultraskaņas pārveidotājam tiek piemērots augstsprieguma elektriskais impulss, tas vibrē noteiktā frekvenču spektrā un rada skaņas viļņu pārrāvumu. Ikreiz, kad kāds šķērslis nāk priekšā ultraskaņas sensoram, skaņas viļņi atspoguļosies atbalss formā un radīs elektrisko impulsu. Tas aprēķina laiku, kas vajadzīgs starp skaņas viļņu sūtīšanu un atbalss saņemšanu. Lai noteiktu konstatētā signāla stāvokli, atbalss modeļus salīdzinās ar skaņas viļņu modeļiem.
3 Lietojumi, kas saistīti ar ultraskaņas noteikšanu:
Šķēršļu vai pārtraukumu attālums metālos ir saistīts ar skaņas viļņu ātrumu vidē, caur kuru viļņi tiek nodoti, un atbalss uztveršanai nepieciešamo laiku. Tādējādi ultraskaņas noteikšanu var izmantot, lai atrastu attālumus starp daļiņām, lai noteiktu metālu pārtraukumus un norādītu šķidruma līmeni.
- Ultraskaņas attāluma mērīšana
Attāluma mērīšanas vajadzībām tiek izmantoti ultraskaņas sensori. Šie sīkrīki regulāri pārraida mērķim īsu ultraskaņas skaņu, kas skaņu atspoguļo atpakaļ sensorā. Pēc tam sistēma mēra atbalss atgriešanās laiku sensorā un aprēķina attālumu līdz mērķim, izmantojot skaņas ātrumu vidē.
Rūpnieciski pieejamās ultraskaņas tīrīšanas ierīcēs tiek izmantoti dažāda veida pārveidotāji. Ultraskaņas devējs tiek piestiprināts pie nerūsējošā tērauda trauka, kas ir piepildīts ar šķīdinātāju, un tam tiek piemērots kvadrātveida vilnis, kas šķidrumam piešķir vibrācijas enerģiju.
Ultraskaņas attāluma sensors
Ultraskaņas attāluma sensori mēra attālumu, izmantojot hidrolokatoru, no ierīces tiek pārraidīts ultraskaņas (krietni virs cilvēka dzirdes) sitiens, un attālumu līdz mērķim nosaka, mērot atbalss atgriešanai nepieciešamo laiku. Ultraskaņas sensora izeja ir mainīga platuma sitiens, ko salīdzina ar attālumu līdz mērķim.
8 Ultraskaņas attāluma sensora funkcijas:
- Barošanas spriegums: 5V (DC).
- Barošanas strāva: 15mA.
- Modulācijas frekvence: 40Hz.
- Izeja: 0 - 5 V (jauda ir augsta, ja diapazonā tiek atklāts šķērslis).
- Sijas leņķis: Maks. 15 grādi.
- Attālums: 2cm - 400cm.
- Precizitāte: 0,3 cm.
- Komunikācija: pozitīvs TTL impulss.
Ultraskaņas attāluma sensora darbība:
Ultraskaņas sensoru modulis sastāv no viena raidītāja un viena uztvērēja. Raidītājs var piegādāt 40 KHz ultraskaņas skaņu, savukārt maksimālais uztvērējs ir paredzēts tikai 40 KHz skaņas viļņu pieņemšanai. Uztvērēja ultraskaņas sensors, kas tiek turēts blakus raidītājam, tādējādi spēj uzņemt atstaroto 40 KHz, tiklīdz modulis saskaras ar jebkuru priekšā esošo šķērsli. Tādējādi ikreiz, kad kāds ultraskaņas moduļa priekšā ir kāds šķērslis, tas aprēķina laiku, kas nepieciešams signālu sūtīšanai līdz to saņemšanai, jo laiks un attālums ir saistīti ar skaņas viļņiem, kas iet caur gaisa barotni ar ātrumu 343,2 m / s. Saņemot signālu, MC programma izpildes laikā parāda datus, t.i., attālumu, kas izmērīts LCD, kas saskarnē savienots ar mikrokontrolleru, cm.
Ultraskaņas attāluma sensora shēma
Raksturīgi, ka robotikas lietojumprogrammas ir ļoti populāras, taču jūs atradīsit arī šo produktu kā noderīgu drošības sistēmās vai kā infrasarkano staru aizstājēju, ja vēlaties.
- Ultraskaņas devējs ūdens līmeņa noteikšanai
Ultraskaņas noteikšana
Bezkontakta šķidruma līmeņa regulatora blokshēma
bezkontakta šķidruma līmeņa kontrolieris
Iepriekšminētā shēma parāda bezkontakta šķidruma līmeņa kontrolieris šajā diagrammā ultraskaņas sensora modulis ir savienots ar mikrokontrolleru. Ikreiz, kad līmeņa mērījums cm, kas izmērīts cm, nokrītas zem noteiktā punkta, sūknis sāk darboties, uztverot signālu, kas iziet, un uztverot līmeni, kas nonāk ultraskaņas pārveidotājā, kurš tiek padots mikrokontrollerim. Kad mikrokontrolleris saņem signālu no ultraskaņas pārveidotāja, tas aktivizē releju, izmantojot MOSFET, kas ieslēdza vai izslēdza sūkni.
- Ultraskaņas šķēršļu noteikšana
Ultraskaņas sensorus izmanto, lai noteiktu mērķu klātbūtni un mērītu attālumu līdz mērķiem daudzās robotizētās apstrādes rūpnīcās un apstrādes rūpnīcās. Sensori ar ieslēgtu vai izslēgtu digitālo izeju ir pieejami objektu klātbūtnes noteikšanai, un sensori ar analogo izeju, kas mainās attiecībā pret sensoru uz mērķa atdalīšanas attālumu, ir nopērkami.
Ultraskaņas šķēršļu sensors sastāv no ultraskaņas uztvērēja un raidītāja komplekta, kas darbojas ar tādu pašu frekvenci. Punkts, kad kaut kas pārvietojas zonā, nodrošinot ķēdes smalko nobīdi, tiek saasināts un tiek iedarbināts skaņas signāls / trauksme.
Ultraskaņas šķēršļu sensors
Iespējas:
- Enerģijas patēriņš 20mA
- Pulss iekšā / izejā
- Šaurs pieņemšanas leņķis
- Nodrošina precīzu bezkontakta atdalīšanas novērtējumu 2 cm līdz 3 m robežās
- Sprādziena punkta gaismas diode parāda aplēses progresā
- 3 kontaktu galvene atvieglo savienošanu, izmantojot servo izstrādes saiti
Specifikācijas:
- Barošanas avots: 5V DC
- Mierīga strāva:<15mA
- Faktiskais leņķis:<15°
- Sākotnējais attālums: 2 cm - 350 cm
- Izšķirtspēja: 0,3 cm
- Izvades cikls: 50 ms
Sensors nosaka objektus, izstarojot īsu ultraskaņas sprādzienu un pēc tam klausoties eko. Saimnieka mikrokontrollera kontrolē sensors izstaro īsu 40 kHz sprādzienu. Šis sprādziens uzdrošinās vai pārvietojas pa gaisu, sasniedzot izstrādājumu un pēc tam vēlreiz atlecot pie sensora.
Sensors nodrošina izejas impulsu resursdatoram, kas beigsies, kad tiks konstatēta atbalss, tāpēc programma aprēķinos ņem viena impulsa platumu līdz nākamajam, lai nodrošinātu rezultātus objekta attālumā.
Tagad jūs esat sapratis ultraskaņas noteikšanas lietojumus un pamatjēdzienu, ja rodas jautājumi par šo tēmu vai par elektrisko un bezkontakta šķidruma līmeņa kontrolieris atstājiet komentāru sadaļu zemāk.
