Ultrasone detectie - Basis en toepassing

Probeer Ons Instrument Voor Het Oplossen Van Problemen





Ultrasone detectie wordt het meest gebruikt in industriële toepassingen om verborgen sporen, discontinuïteiten in metalen, composieten, kunststoffen, keramiek en voor waterpeildetectie te detecteren. Voor dit doel zijn de wetten van de fysica die de voortplanting van geluidsgolven door vaste materialen aangeven, gebruikt sinds ultrasone sensoren geluid gebruiken in plaats van licht voor detectie.

Wat is het principe van ultrasone detectie?

Geluidsgolf definiëren




Geluid is een mechanische golf die door de mediums reist en die een vaste stof, vloeistof of gas kan zijn. Geluidsgolven kunnen met een specifieke snelheid door de media reizen, afhankelijk van het medium van voortplanting. De geluidsgolven met een hoge frequentie reflecteren vanaf de grenzen en produceren onderscheidende echopatronen.

Wetten van fysica voor geluidsgolven



Geluidsgolven hebben specifieke frequenties of een aantal trillingen per seconde. Mensen kunnen geluiden detecteren in een frequentiebereik van ongeveer 20 Hz tot 20 kHz. Het frequentiebereik dat normaal wordt gebruikt in ultrasone detectie is 100 KHz tot 50 MHz. De snelheid van ultrageluid op een bepaald tijdstip en temperatuur is constant in een medium.

W = C / F (of) W = CT


Waar W = golflengte

C = geluidssnelheid in een medium

F = frequentie van golf

T = tijdsperiode

De meest gebruikelijke methoden voor ultrasoon onderzoek maken gebruik van longitudinale golven of schuifgolven. De longitudinale golf is een compressiegolf waarin de deeltjesbeweging in dezelfde richting is als de voortplantingsgolf. De schuifgolf is een golfbeweging waarbij de deeltjesbeweging loodrecht op de voortplantingsrichting staat. Ultrasone detectie introduceert hoogfrequente geluidsgolven in een testobject om informatie over het object te verkrijgen zonder het op enigerlei wijze te wijzigen of te beschadigen. Bij ultrasone detectie worden twee waarden gemeten.

De hoeveelheid tijd die het geluid nodig heeft om door het medium en de amplitude van het ontvangen signaal te reizen. Op basis van snelheid en tijd kan de dikte worden berekend.

De dikte van het materiaal = materiaalgeluidssnelheid X gevechtstijd

Transducers voor golfvoortplanting en deeltjesdetectie

Voor het verzenden van geluidsgolven en het ontvangen van een echo worden ultrasone sensoren, normaal gesproken transceivers of transducers genoemd, gebruikt. Ze werken volgens een principe vergelijkbaar met radar dat elektrische energie omzet in mechanische energie in de vorm van geluid, en vice versa.

De meest gebruikte transducers zijn contacttransducers, hoekbundeltransducers, vertragingslijntransducers, immersie transducers en transducers met twee elementen. Contacttransducers worden meestal gebruikt voor het lokaliseren van holtes en scheuren aan het buitenoppervlak van een onderdeel en voor het meten van de dikte. Hoekstraaltransducers gebruiken het principe van reflectie en modusconversie om gebroken schuif- of longitudinale golven in het testmateriaal te produceren.

Vertragingslijntransducers zijn longitudinale golftransducers met één element die worden gebruikt in combinatie met een vervangbare vertragingslijn. Een van de redenen om voor een vertragingslijntransducer te kiezen, is dat de resolutie aan het oppervlak kan worden verbeterd. Door de vertraging kan het element stoppen met trillen voordat een retoursignaal van de reflector kan worden ontvangen.

De belangrijkste voordelen van immersie-transducers ten opzichte van contacttransducers zijn: uniforme koppeling vermindert gevoeligheidsvariaties, verkort de scantijd en verhoogt de gevoeligheid voor kleine reflectoren.

Werking van ultrasone sensoren:

Wanneer een elektrische puls van hoge spanning wordt toegepast op de ultrasone transducer, trilt deze over een specifiek spectrum van frequenties en genereert een uitbarsting van geluidsgolven. Telkens wanneer een obstakel voor de ultrasone sensor komt, zullen de geluidsgolven weerkaatsen in de vorm van een echo en een elektrische puls genereren. Het berekent de tijd tussen het verzenden van geluidsgolven en het ontvangen van de echo. De echopatronen worden vergeleken met de patronen van geluidsgolven om de toestand van het gedetecteerde signaal te bepalen.

3 Toepassingen met ultrasone detectie:

De afstand van obstakels of discontinuïteiten in metalen is gerelateerd aan de snelheid van geluidsgolven in een medium waar golven doorheen gaan en de tijd die nodig is voor echo-ontvangst. Vandaar dat de ultrasone detectie kan worden gebruikt voor het vinden van de afstanden tussen deeltjes, voor het detecteren van de discontinuïteiten in metalen en voor het aangeven van het vloeistofniveau.

  • Ultrasone afstandsmeting

Ultrasone sensoren worden gebruikt voor het meten van afstanden. Deze gadgets zenden regelmatig een korte uitbarsting van ultrasoon geluid naar een doel, dat het geluid weerkaatst naar de sensor. Het systeem meet vervolgens de tijd die de echo nodig heeft om terug te keren naar de sensor en berekent de afstand tot het doel aan de hand van de geluidssnelheid in het medium.

Er worden verschillende soorten transducers gebruikt in industrieel toegankelijke ultrasone reinigingsapparaten. Een ultrasone transducer is bevestigd aan een roestvrijstalen pan die is gevuld met een oplosmiddel en er wordt een blokgolf op toegepast, waardoor trillingsenergie aan de vloeistof wordt afgegeven.

Ultrasone afstandssensor

Ultrasone afstandssensor

De ultrasone afstandssensoren meten de afstand met behulp van sonar. Een ultrasone (ruim boven het gehoor) slag wordt door het apparaat uitgezonden en de afstand tot het doel wordt bepaald door de tijd te meten die nodig is voor de echo-terugkeer. De uitvoer van de ultrasone sensor is een slag met variabele breedte die vergelijkbaar is met de afstand tot het doel.

8 Kenmerken van de ultrasone afstandssensor:

  1. Voedingsspanning: 5V (DC).
  2. Voedingsstroom: 15mA.
  3. Modulatiefrequentie: 40Hz.
  4. Uitgang: 0 - 5V (uitgang hoog wanneer een obstakel binnen bereik wordt gedetecteerd).
  5. Stralingshoek: max. 15 graden.
  6. Afstand: 2 cm - 400 cm.
  7. Nauwkeurigheid: 0,3 cm.
  8. Communicatie: positieve TTL-puls.

Werking van ultrasone afstandssensor:

De ultrasone sensormodule bestaat uit een zender en een ontvanger. De zender kan 40 KHz ultrasoon geluid leveren, terwijl de maximale ontvanger is ontworpen om slechts 40 KHz geluidsgolven te accepteren. De ultrasone sensor van de ontvanger die naast de zender wordt gehouden, zal dus gereflecteerde 40 kHz kunnen ontvangen zodra de module tegenover een obstakel vooraan staat. Dus wanneer er obstakels voor de ultrasone module komen, berekent het de tijd die nodig is om de signalen te verzenden tot het ontvangen ervan, aangezien tijd en afstand gerelateerd zijn aan geluidsgolven die door het luchtmedium gaan met 343,2 m / sec. Bij ontvangst van het signaal toont het MC-programma terwijl het wordt uitgevoerd de gegevens, d.w.z. de afstand gemeten op een LCD-interface met de microcontroller in cms.

Ultrasoon afstandssensorcircuit

Ultrasoon afstandssensorcircuit

Kenmerkend zijn robotica-toepassingen erg populair, maar u zult dit product ook nuttig vinden in beveiligingssystemen of indien gewenst als vervanging voor infrarood.

  • Ultrasone transducer voor waterpeildetectie
Ultrasone detectie

Ultrasone detectie

Blokschema voor contactloze vloeistofniveauregelaar

contactloze vloeistofniveauregelaar

contactloze vloeistofniveauregelaar

Het bovenstaande schakelschema toont de contactloze vloeistofniveauregelaar in dit diagram is de ultrasone sensormodule gekoppeld aan de microcontroller. Telkens wanneer de niveau-afstand gemeten in cm onder een instelpunt daalt, begint de pomp met het detecteren van het signaal dat naar buiten komt en het ontvangstniveau naar de ultrasone transducer komt die naar de microcontroller wordt gevoerd. Wanneer de microcontroller het signaal van de ultrasone transducer ontvangt, activeert hij het relais via een MOSFET die de pomp AAN of UIT stuurde.

  • Ultrasone obstakeldetectie

Ultrasone sensoren worden gebruikt om de aanwezigheid van doelen te detecteren en om de afstand tot doelen te meten in veel gerobotiseerde verwerkings- en procesfabrieken. Sensoren met een AAN of UIT digitale uitgang zijn beschikbaar voor het detecteren van de aanwezigheid van objecten en sensoren met een analoge uitgang die verandert ten opzichte van de sensor tot doel scheidingsafstand zijn in de handel verkrijgbaar.

Ultrasoon

Ultrasone obstakelsensor bestaat uit een set ultrasone ontvanger en zender die op dezelfde frequentie werken. Het punt waarop iets beweegt in de beveiligde zone van de fijne offset van het circuit wordt verergerd en de zoemer / alarm wordt geactiveerd.

Ultrasone obstakelsensor

Ultrasone obstakelsensor

Kenmerken:

  • Stroomverbruik van 20mA
  • Pulse in / out communicatie
  • Smalle acceptatiehoek
  • Biedt exacte, contactloze scheidingsschattingen binnen 2 cm tot 3 m
  • De explosiepunt-LED toont schattingen in de voortgang
  • 3-pins header maakt het eenvoudig om verbinding te maken met behulp van een servo-ontwikkelingslink

Specificaties:

  • Voeding: 5V DC
  • Ruststroom:<15mA
  • Effectieve hoek:<15°
  • Variërende afstand: 2 cm - 350 cm
  • Resolutie: 0,3 cm
  • Uitgangscyclus: 50ms

De sensor detecteert objecten door een korte ultrasone burst uit te zenden en vervolgens te luisteren naar de eco. Onder besturing van een host-microcontroller zendt de sensor een korte 40 kHz-explosie uit. Deze explosie waagt of reist door de lucht, raakt een artikel en stuitert daarna weer naar de sensor.

De sensor levert een uitvoerpuls aan de host die zal eindigen wanneer de echo wordt gedetecteerd, vandaar dat de breedte van de ene puls naar de volgende door een programma wordt meegenomen in de berekening om resultaten op een afstand van het object te leveren.

Nu hebt u de toepassingen en het basisconcept van ultrasone detectie begrepen als u vragen heeft over dit onderwerp of over de elektrische en contactloze vloeistofniveauregelaar laat het commentaar hieronder achter.