Ultraäänitunnistusta käytetään yleisimmin teollisissa sovelluksissa piilotettujen jälkien, epäjatkuvuuksien havaitsemiseen metallissa, komposiiteissa, muoveissa, keramiikassa ja vesitason havaitsemiseen. Tätä tarkoitusta varten on käytetty fysiikan lakeja, jotka ilmaisevat ääniaaltojen etenemistä kiinteiden materiaalien läpi, koska ultraääniantureita käytetään havaitsemiseen äänen sijasta valoa.
Mikä on ultraäänitunnistuksen periaate?
Ääniaallon määrittely
Ääni on mekaaninen aalto, joka kulkee väliaineiden läpi, joka voi olla kiinteä aine, neste tai kaasu. Ääniaallot voivat kulkea väliaineiden läpi tietyllä nopeudella riippuen etenemisvälineestä. Ääni-aallot, joilla on korkea taajuus, heijastuvat rajoista ja tuottavat erottuva kaiku.
Ääniaaltojen fysiikan lait
Ääniaalloilla on tietyt taajuudet tai värähtelyjen määrä sekunnissa. Ihmiset voivat havaita ääniä taajuusalueella noin 20 Hz - 20 KHz. Kuitenkin taajuusalue, jota normaalisti käytetään ultraäänitunnistus on 100 KHz - 50 MHz. Ultraäänen nopeus tietyllä hetkellä ja lämpötilassa on vakio väliaineessa.
W = C / F (tai) W = CT
Missä W = aallonpituus
C = Äänen nopeus väliaineessa
F = aallon taajuus
T = ajanjakso
Yleisimmät ultraäänitutkimusmenetelmät hyödyntävät joko pituus- tai leikkausaaltoja. Pituussuuntainen aalto on puristusaalto, jossa hiukkasten liike on samassa suunnassa etenemisaallon kanssa. Leikkausaalto on aaltoliike, jossa hiukkasten liike on kohtisuorassa etenemissuuntaan. Ultraäänitunnistus tuo korkean taajuuden ääniaallot testikohteeseen saadakseen tietoa esineestä muuttamatta tai vahingoittamatta sitä millään tavalla. Kaksi arvoa mitataan ultraäänitunnistuksessa.
Aika, joka kestää äänen kulkemisen vastaanotetun signaalin väliaineen ja amplitudin läpi. Nopeuden ja aikapaksuuden perusteella voidaan laskea.
Materiaalin paksuus = Materiaalin äänen nopeus X Taistelun aika
Anturit aaltojen etenemiseen ja hiukkasten havaitsemiseen
Ääniaaltojen lähettämiseen ja kaiun vastaanottamiseen käytetään ultraääniantureita, joita yleensä kutsutaan lähetin-vastaanottimiksi tai -antureiksi. Ne toimivat tutkan kaltaisella periaatteella, joka muuntaa sähköenergian mekaaniseksi energiaksi äänen muodossa ja päinvastoin.
Yleisimmin käytettyjä antureita ovat kosketusanturit, kulmasäteen muuntimet, viivejohdon muuntimet, upotusanturit ja kaksielementtianturit. Kosketusantureita käytetään tyypillisesti aukkojen ja halkeamien paikantamiseen osan ulkopintaan sekä paksuuden mittaamiseen. Kulmasäteen muuntimet käyttävät heijastuksen ja moodimuunnoksen periaatetta taitettujen leikkaus- tai pitkittäisaaltojen tuottamiseksi testimateriaaliin.
Viivästyslinjan muuntimet ovat yhden elementin pituussuuntaisia aaltoantureita, joita käytetään yhdessä vaihdettavan viivalinjan kanssa. Yksi syy viivelähettimen valintaan on, että pinnan lähellä olevaa resoluutiota voidaan parantaa. Viive sallii elementin värähtelyn, ennen kuin heijastimelta voidaan vastaanottaa paluussignaali.
Suurimmat upotusantureiden tarjoamat edut kosketusantureihin nähden ovat yhtenäinen kytkentä vähentää herkkyysvaihteluita, lyhentää skannausaikaa ja lisää herkkyyttä pienille heijastimille.
Ultraääniantureiden käyttö:
Kun korkeajännitteinen sähköpulssi kohdistetaan ultraäänianturiin, se värisee tietyn taajuusspektrin yli ja synnyttää ääniaaltopurkauksen. Aina kun mikään este tulee ultraäänianturin eteen, ääniaallot heijastuvat takaisin kaiun muodossa ja tuottavat sähköisen pulssin. Se laskee ääniaaltojen lähettämisen ja kaiun vastaanottamisen välisen ajan. Kaiun kuvioita verrataan ääniaaltokuvioihin havaitun signaalin tilan määrittämiseksi.
3 Ultraäänitunnistukseen liittyvät sovellukset:
Esteiden tai epäjatkuvuuksien etäisyys metallissa liittyy ääniaaltojen nopeuteen väliaineessa, jonka läpi aallot kulkevat, ja kaiku-vastaanottoon kuluvaan aikaan. Siksi ultraäänitunnistusta voidaan käyttää hiukkasten välisten etäisyyksien löytämiseen, metallien epäjatkuvuuksien havaitsemiseen ja nestetason osoittamiseen.
- Ultraäänimatkan mittaus
Ultraääniantureita käytetään etäisyyden mittaamiseen. Nämä gadgetit lähettävät säännöllisesti lyhyen ultraäänen purskeen kohteeseen, mikä heijastaa äänen takaisin anturiin. Sitten järjestelmä mittaa ajan, jonka kaiku palaa anturiin, ja laskee etäisyyden kohteeseen käyttäen äänen nopeutta väliaineessa.
Erilaisia antureita käytetään teollisesti saavutettavissa olevissa ultraäänipuhdistuslaitteissa. Ultraäänianturi kiinnitetään ruostumattomasta teräksestä valmistettuun astiaan, joka on täytetty liuottimella, ja siihen kohdistetaan neliöaalto, joka antaa värähtelyenergiaa nesteelle.
Ultraäänimatka-anturi
Ultraäänimatka-anturit mittaavat etäisyyden kaikuluotaimen avulla, jolloin ultraäänisyke (selvästi ihmisen kuulon yläpuolella) lähetetään yksiköstä ja etäisyys kohteeseen määritetään mittaamalla kaikupalautukseen tarvittava aika. Ultraäänianturin lähtö on vaihtelevan leveys, joka vertaa etäisyyttä kohteeseen.
8 Ultraäänimatkan anturin ominaisuudet:
- Syöttöjännite: 5 V (DC).
- Syöttövirta: 15mA.
- Modulaatiotaajuus: 40 Hz.
- Lähtö: 0 - 5 V (Lähtö korkea, kun este havaitaan alueella).
- Säteen kulma: enintään 15 astetta.
- Etäisyys: 2 cm - 400 cm.
- Tarkkuus: 0,3 cm.
- Viestintä: Positiivinen TTL-pulssi.
Ultraäänimatkan anturin käyttö:
Ultraäänianturimoduuli käsittää yhden lähettimen ja yhden vastaanottimen. Lähetin voi lähettää 40 KHz: n ultraääntä, kun taas suurin vastaanotin on suunniteltu vastaanottamaan vain 40 KHz: n ääniaaltoja. Lähettimen vieressä pidettävän vastaanottimen ultraäänianturin on tällöin pystyttävä vastaanottamaan heijastunut 40 KHz, kun moduuli on edessä olevien esteiden edessä. Siksi aina kun esteitä tulee ultraäänimoduulin eteen, se laskee signaalien lähettämisestä niiden vastaanottamiseen kuluneen ajan, koska aika ja etäisyys ovat yhteydessä ilmaväliaineen läpi kulkevien ääniaaltojen nopeuteen 343,2 m / s. Vastaanotettuaan signaalin MC-ohjelma suorituksen aikana näyttää datan, ts. Mikro-ohjaimen kanssa liitetyllä LCD-näytöllä mitatun etäisyyden cm: ssä.
Ultraäänimatkan anturipiiri
Robotiikkasovellukset ovat tyypillisesti erittäin suosittuja, mutta tämän tuotteen löydät myös olevan hyödyllinen turvajärjestelmissä tai haluttaessa infrapuna-korvikkeena.
- Ultraäänianturi veden tason havaitsemiseen
Ultraäänitunnistus
Lohkokaavio kontaktittomalle nestetasonsäätimelle
kontaktiton nestetason säädin
Yllä oleva piirikaavio näyttää kontaktiton nestetason säädin tässä kaaviossa ultraäänianturimoduuli on liitetty mikrokontrolleriin. Aina kun senttimetreinä mitattu tasoetäisyys putoaa asetuspisteen alapuolelle, pumppu käynnistyy tunnistamalla lähtevän ja vastaanottavan tason ultraäänianturille, joka syötetään mikro-ohjaimeen. Kun mikro-ohjain vastaanottaa signaalin ultraäänianturilta, se aktivoi releen MOSFETin kautta, joka käytti pumppua PÄÄLLE tai POIS.
- Ultraääniesteiden havaitseminen
Ultraääniantureita käytetään kohteiden havaitsemiseen ja etäisyyden mittaamiseen kohteisiin monissa robotisoiduissa käsittelylaitoksissa ja prosessitehtaissa. Anturit, joissa on PÄÄLLE tai POIS digitaalisella lähdöllä, ovat käytettävissä esineiden läsnäolon havaitsemiseksi, ja anturit, joilla on analoginen lähtö, joka muuttuu suhteessa anturiin kohteen etäisyyden etäisyydelle, ovat kaupallisesti saatavilla.
Ultraääniestesensori koostuu joukosta ultraäänivastaanotinta ja lähetintä, jotka toimivat samalla taajuudella. Piste, kun jotain liikkuu vyöhykkeellä, jolla piirin hienosäätö on varmistettu, pahenee ja summeri / hälytys laukeaa.
Ultraääninen estoanturi
Ominaisuudet:
- Virrankulutus 20mA
- Pulssi sisään / ulos-viestintä
- Kapea hyväksymiskulma
- Tarjoaa tarkat, kosketuksettomat etäisyyden estimaatit 2-3 cm: n sisällä
- Räjähdyspisteen LED näyttää arvioita etenemisestä
- 3-nastainen otsikko on helppo yhdistää käyttämällä servokehityslinkkiä
Tekniset tiedot:
- Virtalähde: 5 V DC
- Lepovirta:<15mA
- Todellinen kulma:<15°
- Etäisyys: 2 cm - 350 cm
- Resoluutio: 0,3 cm
- Lähtöjakso: 50 ms
Anturi tunnistaa esineet lähettämällä lyhyen ultraäänipurskeen ja kuuntelemalla sitten ympäristöä. Isäntä mikrokontrollerin ohjauksessa anturi lähettää lyhyen 40 kHz: n räjähdyksen. Tämä räjähdys yrittää tai kulkee ilman läpi osuu esineeseen ja sen jälkeen palautuu jälleen anturiin.
Anturi antaa lähtöpulssin isännälle, joka päättyy, kun kaiku havaitaan, joten ohjelma ottaa laskelmiin yhden pulssin leveyden seuraavaan tuottamaan tuloksia kohteen etäisyydeltä.
Nyt olet ymmärtänyt ultraäänitunnistuksen sovellukset ja peruskäsitteen, jos sinulla on kysyttävää tästä aiheesta tai sähkö- ja kontaktiton nestetason säädin jätä alla oleva kommenttiosio.
