Ultraheli tuvastamist kasutatakse kõige sagedamini tööstuslikes rakendustes, et tuvastada varjatud jälgi, metallide, komposiitide, plastide, keraamika katkematust ja veetaseme tuvastamiseks. Sel eesmärgil on kasutatud füüsikaseadusi, mis näitavad helilainete levikut tahkete materjalide kaudu, kuna ultraheli andurid kasutavad tuvastamiseks valguse asemel heli.
Mis on ultraheli tuvastamise põhimõte?
Helilaine määratlemine
Heli on mehaaniline laine, mis läbib keskkondi, mis võib olla tahke, vedel või gaasiline. Helilained võivad liikuda keskkondades kindla kiirusega, sõltuvalt levikeskkonnast. Kõrge sagedusega helilained peegelduvad piiridest ja tekitavad iseloomulikke kajamustreid.
Füüsikaseadused helilainete jaoks
Helilainetel on spetsiifilised sagedused või võnkumiste arv sekundis. Inimesed suudavad tuvastada helisid sagedusvahemikus umbes 20Hz kuni 20 KHz. Aastal tavaliselt kasutatav sagedusala ultraheli tuvastamine on 100 KHz kuni 50 MHz. Ultraheli kiirus kindlal kellaajal ja temperatuuril on keskkonnas püsiv.
W = C / F (või) W = CT
Kus W = laine pikkus
C = helikiirus meediumis
F = laine sagedus
T = ajavahemik
Kõige tavalisemad ultraheliuuringu meetodid kasutavad kas piki- või nihkelaineid. Pikilaine on tihenduslaine, milles osakeste liikumine on levimislaine samas suunas. Nihkelaine on laine liikumine, milles osakese liikumine on risti levimissuunaga. Ultraheli tuvastamine viib katseobjekti kõrgsageduslikud helilained, et saada teavet objekti kohta ilma seda mingil viisil muutmata või kahjustamata. Ultraheli tuvastamisel mõõdetakse kahte väärtust.
Aeg, mis kulub heli liikumiseks läbi vastuvõetud signaali keskmise ja amplituudi. Kiiruse ja aja paksuse põhjal saab arvutada.
Materjali paksus = materjali heli kiirus X võitluse aeg
Andurid lainete levimiseks ja osakeste tuvastamiseks
Helilainete saatmiseks ja kaja vastuvõtmiseks kasutatakse ultraheliandureid, mida tavaliselt nimetatakse transiiveriteks või muunduriteks. Need töötavad radariga sarnasel põhimõttel, mis muudab elektrienergia heli kujul mehaaniliseks energiaks ja vastupidi.
Tavaliselt kasutatavad muundurid on kontaktandurid, nurkkiiremuundurid, viivitusliini muundurid, keelekümblusandurid ja kahe elemendiga muundurid. Kontaktandureid kasutatakse tavaliselt tühimike ja pragude leidmiseks detaili välispinnal ning paksuse mõõtmiseks. Nurgakiire muundurid kasutavad peegeldumise ja režiimi teisendamise põhimõtet, et tekitada katsematerjalis murdunud nihke- või pikilained.
Viiteliinide muundurid on ühe elemendiga pikilaineandurid, mida kasutatakse koos asendatava viivitusliiniga. Viivitusliini muunduri valimise üks põhjusi on see, et pinnalähedast eraldusvõimet saab parandada. Viivitus võimaldab elemendil vibreerimise lõpetada, enne kui helkurist saab tagasipöördumissignaali.
Peamised eelised, mida pakuvad keelekümblusmuundurid kontaktandurite ees, on ühtlane ühendamine, mis vähendab tundlikkuse kõikumisi, skaneerimisaja lühendamist ja suurendab tundlikkust väikeste helkurite suhtes.
Ultraheliandurite töö:
Kui ultraheliandurile rakendatakse kõrgepinge elektriline impulss, vibreerib see teatud kindlal sagedusspektril ja tekitab helilainete plahvatuse. Alati, kui mõni takistus ultraheliandurist ette jõuab, peegelduvad helilained kaja kujul tagasi ja tekitavad elektrilise impulsi. See arvutab aja, mis kulub helilainete saatmise ja kaja vastuvõtmise vahel. Tuvastatud signaali seisundi määramiseks võrreldakse kaja mustreid helilainete mustritega.
3 ultraheli tuvastamise rakendused:
Takistuse või katkendlikkuse kaugus metallides on seotud helilainete kiirusega keskkonnas, mille kaudu lained läbitakse, ja kaja vastuvõtmiseks kuluva ajaga. Seega saab ultraheli tuvastamist kasutada osakeste vaheliste kauguste leidmiseks, metallide katkematuste tuvastamiseks ja vedeliku taseme näitamiseks.
- Ultraheli kauguse mõõtmine
Ultraheli andureid kasutatakse kauguse mõõtmiseks. Need vidinad edastavad sihtmärgile korrapäraselt ultraheli lühikese purske, mis peegeldab heli tagasi andurisse. Seejärel mõõdab süsteem kaja anduri juurde naasmise aega ja arvutab keskmise helikiiruse abil kauguse sihtmärgini.
Tööstuslikult ligipääsetavates ultrahelipuhastusseadmetes kasutatakse erinevaid andureid. Ultraheli muundur kinnitatakse roostevabast terasest pannile, mis on täidetud lahustiga, ja sellele rakendatakse nelinurkne laine, mis annab vedelikule vibratsiooni energiat.
Ultraheli kauguseandur
Ultraheli kaugusandurid mõõdavad kaugust kajaloodi abil, ühikast edastatakse ultraheli (kaugelt üle inimese kuulmise) löök ja kaja tagasitulekuks vajaliku aja mõõtmisega määratakse kaugus sihtmärgini. Ultrahelianduri väljund on muutuva laiusega takt, mida võrreldakse kaugusega sihtmärgini.
8 ultraheli kaugusanduri omadused:
- Toitepinge: 5V (DC).
- Toitevool: 15mA.
- Modulatsiooni sagedus: 40Hz.
- Väljund: 0 - 5 V (väljund on kõrge, kui takistus tuvastatakse vahemikus).
- Kiirenurk: maksimaalselt 15 kraadi.
- Kaugus: 2cm - 400cm.
- Täpsus: 0,3 cm.
- Side: positiivne TTL-impulss.
Ultraheli kaugusanduri töö:
Ultraheliandurimoodul koosneb ühest saatjast ja ühest vastuvõtjast. Saatja suudab edastada 40 KHz ultraheli, kuid maksimaalne vastuvõtja on mõeldud ainult 40 KHz helilainete vastuvõtmiseks. Saatja kõrval hoitav vastuvõtja ultraheliandur peab seega vastu võtma peegeldunud 40 KHz, kui moodul on silmitsi mis tahes ees oleva takistusega. Seega, kui ultraheli moodulist tuleb ette takistusi, arvutab see signaalide saatmisest kuni signaalide vastuvõtmiseni kuluva aja, kuna aeg ja kaugus on seotud õhukeskkonda läbivate helilainete kiirusega 343,2 m / sek. Signaali vastuvõtmisel kuvatakse MC-programm täitmise ajal andmed, st mikrokontrolleriga liidetud LCD-ekraanil mõõdetud kaugus cm-des.
Ultraheli kaugusanduri ahel
Tavaliselt on robootikarakendused väga populaarsed, kuid leiate, et see toode on soovi korral kasulik turvasüsteemides või infrapuna asendajana.
- Ultraheli muundur veetaseme tuvastamiseks
Ultraheli tuvastamine
Kontaktivaba vedeliku taseme regulaatori plokkskeem
kontaktivaba vedeliku taseme kontroller
Ülaltoodud elektriskeem näitab kontaktivaba vedeliku taseme kontroller selles skeemis on ultrahelianduri moodul liidetud mikrokontrolleriga. Kui sentimeetrites mõõdetud tasemekaugus langeb allapoole seadepunkti, alustab pump signaali väljumist ja vastuvõtmist ultraheliandurile, mis juhitakse mikrokontrollerisse. Kui mikrokontroller saab ultraheliandurilt signaali, aktiveerib see relee MOSFET-i kaudu, mis töötas pumpa SISSE või VÄLJAS.
- Ultraheli takistuste tuvastamine
Ultraheliandureid kasutatakse sihtmärkide olemasolu tuvastamiseks ja kauguse mõõtmiseks sihtmärkidena paljudes robotiseeritud töötlemisettevõtetes ja töötlemisettevõtetes. Objektide olemasolu tuvastamiseks on saadaval ON või OFF digitaalväljundiga andurid. Kaubanduslikult on saadaval andurid, millel on analoogväljund, mis muutub anduri ja sihtmärgi eralduskauguse vahel.
Ultraheli takistusandur koosneb ultraheli vastuvõtjast ja saatjast, mis töötavad samal sagedusel. Punkt, kui tsoonis midagi liigub, tagades vooluahela trahvi nihke, süveneb ja summeri / alarm käivitatakse.
Ultraheli takistuste andur
Funktsioonid:
- Energiatarve 20mA
- Pulss sisse / välja suhtlus
- Kitsas vastuvõtunurk
- Pakub täpseid kontaktivabasid eraldushinnanguid vahemikus 2–3 meetrit
- Plahvatuskoha valgusdiood näitab hinnanguid edasiliikumise kohta
- 3-kontaktiline päis muudab ühendamise servo arendamise lingi abil lihtsaks
Spetsifikatsioonid:
- Toiteallikas: 5V DC
- Vaikne vool:<15mA
- Tegelik nurk:<15°
- Vahemaa: 2cm - 350 cm
- Eraldusvõime: 0,3 cm
- Väljundtsükkel: 50 ms
Andur tuvastab objektid, andes lühikese ultrahelipurske ja kuulates seejärel ökot. Peremeesorganismi mikrokontrolleri juhtimisel laseb andur lühikese 40 kHz plahvatuse. See plahvatus seikleb või rändab läbi õhu, tabab artiklit ja põrkab seejärel uuesti anduri juurde.
Andur annab hostile väljundimpulsi, mis lõpeb kaja tuvastamisel, seega võtab programm arvutusse ühe impulsi laiuse järgmisele, et anda tulemusi objekti kauguses.
Nüüd olete aru saanud ultraheli tuvastamise rakendustest ja põhikontseptsioonist, kui on mingeid küsimusi sellel teemal või elektri- ja kontaktivaba vedeliku taseme kontroller lahkuge allpool olevast kommentaaride jaotisest.
