Il rilevamento a ultrasuoni è più comunemente utilizzato nelle applicazioni industriali per rilevare tracce nascoste, discontinuità in metalli, materiali compositi, plastica, ceramica e per il rilevamento del livello dell'acqua. A tale scopo, le leggi della fisica che indicano la propagazione delle onde sonore attraverso i materiali solidi sono state utilizzate da quando i sensori a ultrasuoni utilizzano il suono invece della luce per il rilevamento.
Qual è il principio della rilevazione a ultrasuoni?
Definizione dell'onda sonora
Il suono è un'onda meccanica che viaggia attraverso i mezzi, che può essere un solido, un liquido o un gas. Le onde sonore possono viaggiare attraverso i mezzi con una velocità specifica che dipende dal mezzo di propagazione. Le onde sonore ad alta frequenza riflettono dai confini e producono modelli di eco distintivi.
Leggi della fisica per le onde sonore
Le onde sonore hanno frequenze specifiche o numero di oscillazioni al secondo. Gli esseri umani possono rilevare i suoni in una gamma di frequenze da circa 20Hz a 20 KHz. Tuttavia, la gamma di frequenze normalmente impiegata in rilevamento ultrasonico è compreso tra 100 KHz e 50 MHz. La velocità degli ultrasuoni in un determinato momento e temperatura è costante in un mezzo.
W = C / F (o) W = CT
Dove W = lunghezza d'onda
C = velocità del suono in un mezzo
F = Frequenza dell'onda
T = Periodo di tempo
I metodi più comuni di esame ultrasonico utilizzano onde longitudinali o onde di taglio. L'onda longitudinale è un'onda di compressione in cui il movimento delle particelle è nella stessa direzione dell'onda di propagazione. L'onda di taglio è un moto ondoso in cui il moto delle particelle è perpendicolare alla direzione di propagazione. Il rilevamento a ultrasuoni introduce onde sonore ad alta frequenza in un oggetto di prova per ottenere informazioni sull'oggetto senza alterarlo o danneggiarlo in alcun modo. Due valori vengono misurati nel rilevamento ultrasonico.
La quantità di tempo impiegata dal suono per viaggiare attraverso il mezzo e l'ampiezza del segnale ricevuto. In base alla velocità e al tempo è possibile calcolare lo spessore.
Lo spessore del materiale = Velocità del suono del materiale X Tempo di combattimento
Trasduttori per la propagazione delle onde e il rilevamento di particelle
Per inviare onde sonore e ricevere un'eco, verranno utilizzati sensori ad ultrasuoni, normalmente chiamati ricetrasmettitori o trasduttori. Funzionano secondo un principio simile al radar che convertirà l'energia elettrica in energia meccanica sotto forma di suono e viceversa.
I trasduttori comunemente usati sono trasduttori a contatto, trasduttori a fascio angolare, trasduttori a linea di ritardo, trasduttori a immersione e trasduttori a doppio elemento. I trasduttori di contatto vengono generalmente utilizzati per individuare vuoti e crepe sulla superficie esterna di una parte, nonché per misurare lo spessore. I trasduttori a fascio angolare utilizzano il principio della riflessione e della conversione di modo per produrre onde di taglio o longitudinali rifratte nel materiale di prova.
I trasduttori della linea di ritardo sono trasduttori a onda longitudinale a elemento singolo utilizzati insieme a una linea di ritardo sostituibile. Uno dei motivi per scegliere un trasduttore a linea di ritardo è che la risoluzione vicino alla superficie può essere migliorata. Il ritardo consente all'elemento di smettere di vibrare prima che possa essere ricevuto un segnale di ritorno dal riflettore.
I principali vantaggi offerti dai trasduttori a immersione rispetto ai trasduttori a contatto sono l'accoppiamento uniforme che riduce le variazioni di sensibilità, la riduzione del tempo di scansione e aumenta la sensibilità ai piccoli riflettori.
Funzionamento dei sensori a ultrasuoni:
Quando un impulso elettrico di alta tensione viene applicato al trasduttore ultrasonico, vibra attraverso uno spettro specifico di frequenze e genera una raffica di onde sonore. Ogni volta che un ostacolo si trova davanti al sensore a ultrasuoni, le onde sonore si rifletteranno sotto forma di eco e genereranno un impulso elettrico. Calcola il tempo che intercorre tra l'invio delle onde sonore e la ricezione dell'eco. I modelli di eco verranno confrontati con i modelli di onde sonore per determinare le condizioni del segnale rilevato.
3 Applicazioni che coinvolgono il rilevamento a ultrasuoni:
La distanza dell'ostacolo o delle discontinuità nei metalli è correlata alla velocità delle onde sonore in un mezzo attraverso il quale le onde sono passate e al tempo impiegato per la ricezione dell'eco. Quindi la rilevazione ad ultrasuoni può essere utilizzata per trovare le distanze tra le particelle, per rilevare le discontinuità nei metalli e per indicare il livello del liquido.
- Misurazione della distanza a ultrasuoni
I sensori a ultrasuoni vengono utilizzati per applicazioni di misurazione della distanza. Questi gadget trasmettono regolarmente una breve raffica di ultrasuoni a un bersaglio, che riflette il suono al sensore. Il sistema quindi misura il tempo prima che l'eco ritorni al sensore e calcola la distanza dal bersaglio utilizzando la velocità del suono all'interno del mezzo.
Diversi tipi di trasduttori vengono utilizzati all'interno di dispositivi di pulizia ad ultrasuoni accessibili industrialmente. Un trasduttore ad ultrasuoni è fissato a una bacinella in acciaio inossidabile che viene riempita con un solvente e ad essa viene applicata un'onda quadra che conferisce energia di vibrazione al liquido.
Sensore di distanza a ultrasuoni
I sensori di distanza a ultrasuoni misurano la distanza utilizzando il sonar, un battito ultrasonico (ben al di sopra dell'udito umano) viene trasmesso dall'unità e la distanza dal target viene determinata misurando il tempo necessario per il ritorno dell'eco. L'uscita dal sensore a ultrasuoni è un battito di larghezza variabile che si confronta con la distanza dal bersaglio.
8 Caratteristiche del sensore di distanza a ultrasuoni:
- Tensione di alimentazione: 5 V (CC).
- Corrente di alimentazione: 15 mA.
- Frequenza di modulazione: 40Hz.
- Uscita: 0 - 5 V (uscita alta quando viene rilevato un ostacolo nel raggio d'azione).
- Angolo del fascio: massimo 15 gradi.
- Distanza: 2 cm - 400 cm.
- Precisione: 0,3 cm.
- Comunicazione: impulso TTL positivo.
Funzionamento del sensore di distanza a ultrasuoni:
Il modulo del sensore a ultrasuoni comprende un trasmettitore e un ricevitore. Il trasmettitore può fornire un suono ultrasonico a 40 KHz mentre il ricevitore massimo è progettato per accettare solo onde sonore a 40 KHz. Il sensore a ultrasuoni del ricevitore che viene tenuto accanto al trasmettitore sarà quindi in grado di ricevere 40 KHz riflessi, una volta che il modulo si trova di fronte a un ostacolo di fronte. Pertanto, ogni volta che un ostacolo si trova davanti al modulo ultrasonico, calcola il tempo impiegato dall'invio dei segnali alla loro ricezione poiché il tempo e la distanza sono correlati per le onde sonore che passano attraverso il mezzo aereo a 343,2 m / sec. Alla ricezione del segnale MC il programma durante l'esecuzione visualizza i dati ovvero la distanza misurata su un LCD interfacciato con il microcontrollore in cms.
Circuito del sensore di distanza a ultrasuoni
Tipicamente, le applicazioni di robotica sono molto popolari, ma troverai anche questo prodotto utile nei sistemi di sicurezza o come sostituto a infrarossi, se lo desideri.
- Trasduttore ad ultrasuoni per il rilevamento del livello dell'acqua
Rilevazione ultrasonica
Schema a blocchi per controllore di livello del liquido senza contatto
regolatore di livello del liquido senza contatto
Lo schema del circuito sopra mostra il regolatore di livello del liquido senza contatto in questo diagramma il modulo del sensore ultrasonico è interfacciato con il microcontrollore. Ogni volta che la distanza di livello misurata in cm scende al di sotto di un set point, la pompa inizia rilevando il segnale in uscita e ricevendo il livello in arrivo al trasduttore ultrasonico che viene alimentato al microcontrollore. Quando il microcontrollore riceve il segnale dal trasduttore ultrasonico, attiva il relè tramite un MOSFET che aziona la pompa ON o OFF.
- Rilevamento ostacoli a ultrasuoni
I sensori a ultrasuoni vengono utilizzati per rilevare la presenza di target e per misurare la distanza dai target in molti impianti di lavorazione robotizzati e impianti di processo. Sono disponibili sensori con un'uscita digitale ON o OFF per rilevare la presenza di oggetti e sensori con un'uscita analogica che cambia in relazione al sensore rispetto alla distanza di separazione del target sono disponibili in commercio.
Il sensore di ostacoli a ultrasuoni è costituito da un set di ricevitore e trasmettitore a ultrasuoni che funzionano alla stessa frequenza. Il punto in cui qualcosa si muove nella zona protetta, l'offset fine del circuito viene aggravato e il cicalino / allarme viene attivato.
Sensore di ostacoli a ultrasuoni
Caratteristiche:
- Consumo di corrente di 20mA
- Comunicazione a impulsi in / out
- Angolo di accettazione stretto
- Fornisce stime di separazione esatte e senza contatto entro 2 cm a 3 m
- Il LED del punto di esplosione mostra le stime nell'avanzamento
- L'intestazione a 3 pin semplifica il collegamento utilizzando un collegamento di sviluppo servo
Specifiche:
- Alimentazione: 5V DC
- Corrente di riposo:<15mA
- Angolo effettivo:<15°
- Distanza di raggio: 2 cm - 350 cm
- Risoluzione: 0,3 cm
- Ciclo di uscita: 50 ms
Il sensore rileva gli oggetti emettendo una breve raffica di ultrasuoni e quindi ascoltando l'eco. Sotto il controllo di un microcontrollore host, il sensore emette una breve esplosione a 40 kHz. Questa esplosione si avventura o viaggia nell'aria colpisce un articolo e poi rimbalza ancora una volta verso il sensore.
Il sensore fornisce un impulso di uscita all'host che terminerà quando viene rilevato l'eco, quindi l'ampiezza di un impulso al successivo viene presa nel calcolo da un programma per fornire risultati in una distanza dell'oggetto.
Ora hai compreso le applicazioni e il concetto di base del rilevamento a ultrasuoni in caso di domande su questo argomento o sui componenti elettrici e regolatore di livello del liquido senza contatto lascia la sezione commenti qui sotto.
