Pengesanan Ultrasonik - Asas & Aplikasi

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





Pengesanan ultrasonik paling sering digunakan dalam aplikasi industri untuk mengesan trek tersembunyi, diskontinu dalam logam, komposit, plastik, seramik, dan untuk pengesanan paras air. Untuk tujuan ini, hukum fisika yang menunjukkan penyebaran gelombang suara melalui bahan padat telah digunakan sejak sensor ultrasonik menggunakan suara dan bukan cahaya untuk pengesanan.

Apakah prinsip Pengesanan Ultrasonik?

Mendefinisikan gelombang bunyi




Suara adalah gelombang mekanikal yang bergerak melalui medium, yang mungkin pepejal, atau cecair atau gas. Gelombang bunyi dapat bergerak melalui medium dengan halaju tertentu bergantung pada medium penyebaran. Gelombang suara yang mempunyai frekuensi tinggi memantulkan dari sempadan dan menghasilkan corak gema yang khas.

Undang-undang fizik untuk gelombang bunyi



Gelombang bunyi mempunyai frekuensi tertentu atau bilangan ayunan per saat. Manusia dapat mengesan bunyi dalam julat frekuensi dari sekitar 20Hz hingga 20 KHz. Walau bagaimanapun, julat frekuensi biasanya digunakan di pengesanan ultrasonik ialah 100 KHz hingga 50MHz. Kelajuan ultrasound pada masa dan suhu tertentu tetap dalam medium.

W = C / F (atau) W = CT


Di mana W = Panjang gelombang

C = Kecepatan suara dalam medium

F = Kekerapan gelombang

T = Tempoh Masa

Kaedah pemeriksaan ultrasonik yang paling biasa menggunakan gelombang longitudinal atau gelombang ricih. Gelombang membujur adalah gelombang mampatan di mana gerakan zarah berada dalam arah gelombang perambatan yang sama. Gelombang ricih adalah gerakan gelombang di mana gerakan zarah berserenjang dengan arah perambatan. Pengesanan ultrasonik memperkenalkan gelombang bunyi frekuensi tinggi ke dalam objek ujian untuk mendapatkan maklumat mengenai objek tersebut tanpa mengubah atau merosakkannya dengan cara apa pun. Dua nilai diukur dalam pengesanan ultrasonik.

Jumlah masa, memerlukan suara bergerak melalui medium dan amplitud isyarat yang diterima. Berdasarkan halaju dan ketebalan masa dapat dikira.

Ketebalan bahan = Halaju bunyi bahan X Masa Pertarungan

Transduser untuk Penyebaran Gelombang dan pengesanan zarah

Untuk mengirim gelombang suara dan menerima gema, sensor ultrasonik, biasanya disebut transceiver atau transduser akan digunakan. Mereka menggunakan prinsip yang serupa dengan radar yang akan mengubah tenaga elektrik menjadi tenaga mekanikal dalam bentuk bunyi, dan sebaliknya.

Transduser yang biasa digunakan adalah transduser kontak, transduser rasuk sudut, transduser garis tunda, transduser rendaman, dan transduser dwi elemen. Transduser kenalan biasanya digunakan untuk mencari lompang dan keretakan ke permukaan luar bahagian serta mengukur ketebalan. Transduser rasuk sudut menggunakan prinsip pantulan dan penukaran mod untuk menghasilkan ricih yang dibiaskan atau gelombang membujur dalam bahan ujian.

Transduser garis kelewatan adalah transduser gelombang longitudinal elemen tunggal yang digunakan bersama dengan garis tunda yang boleh diganti. Salah satu sebab untuk memilih transduser garis kelewatan adalah bahawa resolusi permukaan dekat dapat diperbaiki. Kelewatan itu membolehkan elemen berhenti bergetar sebelum isyarat balik dari reflektor dapat diterima.

Kelebihan utama yang ditawarkan oleh transduser rendam berbanding transduser kontak ialah Gandingan seragam mengurangkan variasi kepekaan, Pengurangan masa imbasan, dan meningkatkan kepekaan terhadap pantulan kecil.

Operasi sensor ultrasonik:

Apabila nadi elektrik voltan tinggi digunakan pada transduser ultrasonik, ia bergetar melintasi spektrum frekuensi tertentu dan menghasilkan gelombang bunyi. Setiap kali ada halangan di hadapan sensor ultrasonik gelombang suara akan memantulkan kembali dalam bentuk gema dan menghasilkan denyut elektrik. Ini menghitung masa yang diperlukan antara mengirim gelombang suara dan menerima gema. Pola gema akan dibandingkan dengan corak gelombang suara untuk menentukan keadaan isyarat yang dikesan.

3 Aplikasi yang melibatkan pengesanan Ultrasonik:

Jarak halangan atau ketakselanjaran dalam logam berkaitan dengan halaju gelombang suara dalam medium yang melaluinya gelombang dan masa yang diperlukan untuk penerimaan gema. Oleh itu, pengesanan ultrasonik dapat digunakan untuk mencari jarak antara zarah, untuk mengesan diskontinu dalam logam dan untuk menunjukkan tahap cecair.

  • Pengukuran Jarak Ultrasonik

Sensor ultrasonik digunakan untuk aplikasi mengukur jarak. Alat ini secara berkala mengirimkan ledakan pendek suara ultrasonik ke sasaran, yang mencerminkan suara kembali ke sensor. Sistem kemudian mengukur masa untuk gema kembali ke sensor dan menghitung jarak ke sasaran menggunakan kelajuan suara dalam medium.

Pelbagai jenis transduser digunakan dalam alat pembersih ultrasonik yang dapat diakses oleh industri. Transduser ultrasonik dilekatkan pada kuali keluli tahan karat yang diisi dengan pelarut dan gelombang persegi dikenakan padanya, memberikan tenaga getaran pada cecair.

Sensor Jarak Ultrasonik

Sensor Jarak Ultrasonik

Sensor jarak ultrasonik mengukur jarak menggunakan sonar rentak ultrasonik (jauh di atas pendengaran manusia) dihantar dari unit dan jarak ke sasaran ditentukan dengan mengukur masa yang diperlukan untuk pengembalian gema. Keluaran dari sensor ultrasonik adalah rentak lebar berubah yang membandingkan dengan jarak ke sasaran.

8 Ciri-ciri Sensor Jarak Ultrasonik:

  1. Voltan bekalan: 5V (DC).
  2. Arus bekalan: 15mA.
  3. Kekerapan modulasi: 40Hz.
  4. Output: 0 - 5V (Output tinggi apabila halangan dikesan dalam jarak jauh).
  5. Sudut Rasuk: Maksimum 15 darjah.
  6. Jarak: 2cm - 400cm.
  7. Ketepatan: 0.3cm.
  8. Komunikasi: Nadi TTL positif.

Operasi Sensor jarak Ultrasonik:

Modul sensor ultrasonik terdiri daripada satu pemancar dan satu penerima. Pemancar dapat menyampaikan suara ultrasonik 40 KHz sementara penerima maksimum dirancang untuk hanya menerima gelombang suara 40 KHz. Sensor ultrasonik penerima yang berada di sebelah pemancar akan dapat menerima pantulan 40 KHz, setelah modul menghadapi halangan di depan. Oleh itu, setiap kali ada halangan di hadapan modul ultrasonik, ia mengira masa yang diperlukan dari menghantar isyarat untuk menerimanya kerana masa dan jarak berkaitan dengan gelombang suara yang melalui medium udara pada kecepatan 343.2m / saat. Setelah menerima program MC isyarat semasa dijalankan memaparkan data iaitu jarak yang diukur pada LCD yang dihubungkan dengan mikrokontroler dalam cm.

Litar Sensor Jarak Ultrasonik

Litar Sensor Jarak Ultrasonik

Secara khasnya, aplikasi robotik sangat popular tetapi anda juga akan mendapati produk ini berguna dalam sistem keselamatan atau sebagai pengganti inframerah jika dikehendaki.

  • Transduser ultrasonik untuk pengesanan tahap air
Pengesanan Ultrasonik

Pengesanan Ultrasonik

Blok rajah untuk pengawal tahap cecair tanpa sentuh

pengawal tahap cecair tanpa sentuh

pengawal tahap cecair tanpa sentuh

Gambarajah litar di atas menunjukkan pengawal tahap cecair tanpa sentuh dalam rajah ini modul sensor ultrasonik dihubungkan dengan mikrokontroler. Setiap kali jarak tahap yang diukur dalam cm jatuh di bawah titik yang ditetapkan, pam akan dimulakan dengan merasakan isyarat yang keluar dan tahap penerimaan yang datang ke transduser ultrasonik yang dimasukkan ke mikrokontroler. Apabila mikrokontroler menerima isyarat dari transduser ultrasonik, ia mengaktifkan geganti melalui MOSFET yang mengendalikan pam ON atau OFF.

  • Pengesanan Halangan Ultrasonik

Sensor ultrasonik digunakan untuk mengesan kehadiran sasaran dan untuk mengukur jarak ke sasaran di banyak kilang pemprosesan robot dan kilang proses. Sensor dengan output digital ON atau OFF tersedia untuk mengesan kehadiran objek dan sensor dengan output analog yang berubah relatif terhadap sensor ke jarak pemisahan sasaran tersedia secara komersial.

Ultrasonik

Sensor halangan ultrasonik terdiri daripada satu set penerima dan pemancar ultrasonik yang beroperasi pada frekuensi yang sama. Titik ketika sesuatu bergerak di zon memastikan offset litar diperparah dan bel / penggera dicetuskan.

Sensor Halangan Ultrasonik

Sensor Halangan Ultrasonik

Ciri-ciri:

  • Penggunaan kuasa 20mA
  • Komunikasi masuk / keluar nadi
  • Sudut penerimaan yang sempit
  • Memberikan anggaran pemisahan tanpa hubungan yang tepat dalam jarak 2cm hingga 3m
  • LED titik letupan menunjukkan anggaran dalam kemajuan
  • Header 3 pin menjadikannya mudah untuk disambungkan menggunakan pautan pengembangan servo

Spesifikasi:

  • Bekalan kuasa: 5V DC
  • Semasa tenang:<15mA
  • Sudut berkesan:<15°
  • Jarak antara: 2cm - 350 cm
  • Peleraian: 0.3 cm
  • Kitaran output: 50ms

Sensor mengesan objek dengan mengeluarkan ledakan ultrasonik pendek dan kemudian mendengar eko. Di bawah kawalan mikrokontroler host, sensor memancarkan letupan 40 kHz pendek. Letupan ini bergerak atau bergerak melalui udara mengenai artikel dan selepas itu melantun sekali lagi ke sensor.

Sensor memberikan denyut output ke host yang akan berakhir ketika gema dikesan maka lebar satu denyut ke yang berikutnya diambil ke dalam perhitungan oleh program untuk memberikan hasil dalam jarak objek.

Sekarang anda telah memahami aplikasi dan konsep asas pengesanan ultrasonik jika ada pertanyaan mengenai topik ini atau mengenai elektrik dan pengawal tahap cecair tanpa sentuh tinggalkan bahagian komen di bawah.