Ultrasonik algılama en çok endüstriyel uygulamalarda gizli izleri, metallerdeki, kompozitlerdeki, plastiklerdeki, seramiklerdeki süreksizlikleri tespit etmek ve su seviyesi tespiti için kullanılır. Bu amaçla ses dalgalarının katı malzemelerden yayılmasını gösteren fizik yasaları, ultrasonik sensörlerin algılama için ışık yerine ses kullandığından beri kullanılmaktadır.
Ultrasonik Algılamanın prensibi nedir?
Ses dalgasını tanımlama
Ses, bir katı veya sıvı veya gaz olabilen ortamlarda hareket eden mekanik bir dalgadır. Ses dalgaları, yayılma ortamına bağlı olarak belirli bir hızla ortamlar boyunca hareket edebilir. Yüksek frekansa sahip ses dalgaları sınırlardan yansır ve kendine özgü yankı modelleri üretir.
Ses dalgaları için fizik kanunları
Ses dalgalarının belirli frekansları veya saniyede salınım sayısı vardır. İnsanlar, yaklaşık 20 Hz ila 20 KHz frekans aralığındaki sesleri algılayabilir. Bununla birlikte, normalde kullanılan frekans aralığı ultrasonik algılama 100 KHz ila 50MHz'dir. Ultrasonun belirli bir zaman ve sıcaklıktaki hızı bir ortamda sabittir.
W = C / F (veya) W = CT
W = Dalga uzunluğu
C = Bir ortamdaki ses hızı
F = Dalga frekansı
T = Zaman Dönemi
En yaygın ultrasonik muayene yöntemleri, uzunlamasına dalgaları veya kayma dalgalarını kullanır. Uzunlamasına dalga, parçacık hareketinin yayılma dalgasıyla aynı yönde olduğu bir sıkıştırma dalgasıdır. Kayma dalgası, parçacık hareketinin yayılma yönüne dik olduğu bir dalga hareketidir. Ultrasonik algılama, nesneyi herhangi bir şekilde değiştirmeden veya zarar vermeden nesne hakkında bilgi elde etmek için bir test nesnesine yüksek frekanslı ses dalgaları sunar. Ultrasonik algılamada iki değer ölçülür.
Sesin alınan sinyalin ortamı ve genliği içinde hareket etmesi için geçen süre. Hız ve zaman kalınlığına bağlı olarak hesaplanabilir.
Malzemenin kalınlığı = Malzeme ses hızı X Dövüş Süresi
Dalga Yayılımı ve parçacık algılama için dönüştürücüler
Ses dalgaları göndermek ve bir yankı almak için, normalde alıcı-vericiler veya dönüştürücü olarak adlandırılan ultrasonik sensörler kullanılacaktır. Elektrik enerjisini ses biçiminde mekanik enerjiye dönüştürecek radara benzer bir prensip üzerinde çalışırlar ve bunun tersi de geçerlidir.
Yaygın olarak kullanılan dönüştürücüler, temas dönüştürücüler, açılı ışın dönüştürücüler, gecikme hattı dönüştürücüler, daldırma dönüştürücüler ve çift elemanlı dönüştürücülerdir. Temas dönüştürücüler tipik olarak bir parçanın dış yüzeyindeki boşlukları ve çatlakları bulmak ve ayrıca kalınlığı ölçmek için kullanılır. Açılı ışın transdüserleri, test malzemesinde kırılan kesme veya uzunlamasına dalgalar üretmek için yansıma ve mod dönüştürme ilkesini kullanır.
Gecikme hattı dönüştürücüleri, değiştirilebilir bir gecikme hattı ile birlikte kullanılan tek elemanlı uzunlamasına dalga dönüştürücülerdir. Bir gecikme hattı dönüştürücüsünü seçmenin nedenlerinden biri, yüzeye yakın çözünürlüğün iyileştirilebilmesidir. Gecikme, reflektörden bir dönüş sinyali alınmadan önce elemanın titreşimi durdurmasına izin verir.
Daldırma dönüştürücülerin kontak dönüştürücülere göre sunduğu başlıca avantajlar, Tekdüze bağlantı duyarlılık değişimlerini azaltır, Tarama süresinde azalma ve küçük reflektörlere duyarlılığı artırır.
Ultrasonik sensörlerin çalışması:
Ultrasonik dönüştürücüye yüksek voltajlı bir elektrik darbesi uygulandığında, belirli bir frekans spektrumunda titreşir ve bir ses dalgası patlaması oluşturur. Ultrasonik sensörün önüne herhangi bir engel geldiğinde, ses dalgaları yankı şeklinde geri yansır ve bir elektrik darbesi oluşturur. Ses dalgalarının gönderilmesi ile yankının alınması arasında geçen süreyi hesaplar. Yankı modelleri, algılanan sinyalin durumunu belirlemek için ses dalgalarının modelleriyle karşılaştırılacaktır.
3 Ultrasonik algılamayı içeren uygulamalar:
Metallerdeki engel veya süreksizliklerin mesafesi, dalgaların geçtiği bir ortamdaki ses dalgalarının hızı ve yankı alımı için geçen süre ile ilgilidir. Bu nedenle ultrasonik algılama, parçacıklar arasındaki mesafeleri bulmak, metallerdeki süreksizlikleri tespit etmek ve sıvı seviyesini belirtmek için kullanılabilir.
- Ultrasonik Mesafe Ölçümü
Mesafe ölçüm uygulamaları için ultrasonik sensörler kullanılır. Bu cihazlar, bir hedefe düzenli olarak kısa bir ultrasonik ses patlaması göndererek sesi sensöre geri yansıtır. Sistem daha sonra yankının sensöre dönme süresini ölçer ve ortam içindeki ses hızını kullanarak hedefe olan mesafeyi hesaplar.
Endüstriyel olarak erişilebilir ultrasonik temizleme cihazlarında farklı tipte dönüştürücüler kullanılmaktadır. Bir çözücü ile doldurulmuş paslanmaz çelik bir tavaya bir ultrasonik dönüştürücü yapıştırılır ve üzerine bir kare dalga uygulanır ve sıvıya titreşim enerjisi verilir.
Ultrasonik Mesafe Sensörü
Ultrasonik mesafe sensörleri, sonar kullanarak mesafeyi ölçer ve üniteden ultrasonik (insan işitme duyusunun çok üzerinde) atım iletilir ve yankı dönüşü için gereken süre ölçülerek hedefe olan mesafe belirlenir. Ultrasonik sensörden gelen çıktı, hedefe olan mesafeyi karşılaştıran değişken genişlikte bir vuruştur.
8 Ultrasonik Mesafe Sensörünün Özellikleri:
- Besleme gerilimi: 5V (DC).
- Besleme akımı: 15mA.
- Modülasyon frekansı: 40Hz.
- Çıkış: 0 - 5V (Aralıkta engel algılandığında çıkış yüksek).
- Işın Açısı: Maks. 15 derece.
- Mesafe: 2cm - 400cm.
- Doğruluk: 0.3cm.
- İletişim: Pozitif TTL darbesi.
Ultrasonik Mesafe Sensörünün Çalışması:
Ultrasonik sensör modülü, bir verici ve bir alıcıdan oluşur. Verici, 40 KHz ultrasonik ses verebilirken, maksimum alıcı yalnızca 40 KHz ses dalgalarını kabul edecek şekilde tasarlanmıştır. Vericinin yanında tutulan alıcı ultrasonik sensör, modül önünde herhangi bir engelle karşılaştığında yansıyan 40 KHz'i alabilecektir. Böylece, ultrasonik modülün önüne herhangi bir engel geldiğinde, 343.2m / sn'de hava ortamından geçen ses dalgaları için zaman ve mesafe ilişkili olduğundan, sinyallerin gönderilmesinden alınmasına kadar geçen süreyi hesaplar. MC programı yürütülürken sinyalin alınmasının ardından, verileri, yani bir LCD'de ölçülen mesafeyi, mikrodenetleyici ile cm cinsinden arabirim halinde görüntüler.
Ultrasonik Mesafe Sensörü Devresi
Karakteristik olarak, robotik uygulamaları çok popülerdir, ancak bu ürünü aynı zamanda güvenlik sistemlerinde veya istenirse kızılötesi yedek olarak da kullanışlı bulacaksınız.
- Su seviyesi tespiti için ultrasonik dönüştürücü
Ultrasonik Algılama
Temassız sıvı seviye kontrolörü için blok şeması
temassız sıvı seviyesi kontrolörü
Yukarıdaki devre şeması, temassız sıvı seviyesi kontrolörü bu diyagramda ultrasonik sensör modülü mikro denetleyici ile arayüzlenmiştir. Cm cinsinden ölçülen seviye mesafesi bir ayar noktasının altına düştüğünde pompa, mikro denetleyiciye beslenen ultrasonik dönüştürücüye gelen sinyali ve alıcı seviyeyi algılayarak başlar. Mikrodenetleyici ultrasonik dönüştürücüden sinyali aldığında, pompayı AÇIK veya KAPALI olarak çalıştıran bir MOSFET aracılığıyla röleyi etkinleştirir.
- Ultrasonik Engel Algılama
Ultrasonik sensörler, birçok robotize işleme tesisi ve proses tesisinde hedeflerin varlığını tespit etmek ve hedeflere olan mesafeyi ölçmek için kullanılır. Nesnelerin varlığını algılamak için AÇIK veya KAPALI dijital çıkışlı sensörler mevcuttur ve sensöre göre hedef ayırma mesafesine göre değişen analog çıkışlı sensörler ticari olarak mevcuttur.
Ultrasonik engel sensörü, aynı frekansta çalışan bir dizi ultrasonik alıcı ve vericiden oluşur. Bölgede bir şey hareket ettiğinde, devrenin hassas ofsetinin güvence altına alındığı nokta şiddetlenir ve zil / alarm tetiklenir.
Ultrasonik Engel Sensörü
Özellikleri:
- 20mA güç tüketimi
- Darbe giriş / çıkış iletişimi
- Dar kabul açısı
- 2 cm ila 3 m arasında kesin, temassız ayırma tahminleri sağlar
- Patlama noktası LED'i ilerlemedeki tahminleri gösterir
- 3 pinli başlık, bir servo geliştirme bağlantısı kullanarak bağlanmayı kolaylaştırır
Özellikler:
- Güç kaynağı: 5V DC
- Sakin akım:<15mA
- Etkili açı:<15°
- Değişen mesafe: 2cm - 350 cm
- Çözünürlük: 0,3 cm
- Çıkış döngüsü: 50ms
Sensör, kısa bir ultrasonik patlama yayarak ve ardından eko için dinleyerek nesneleri algılar. Bir ana mikro denetleyicinin kontrolü altında, sensör 40 kHz'lik kısa bir patlama yayar. Bu patlama havaya girer veya hava yoluyla dolaşır ve bir eşyaya çarpar ve ardından bir kez daha sensöre sıçrar.
Sensör, ana bilgisayara, yankı algılandığında sona erecek olan bir çıkış darbesi sağlar, dolayısıyla bir darbenin diğerine olan genişliği, nesneden belirli bir mesafede sonuçlar sağlamak için bir program tarafından hesaplamaya alınır.
Artık, bu konuyla ilgili veya elektrikle ilgili herhangi bir sorunuz varsa, uygulamaları ve ultrasonik algılamanın temel konseptini anladınız. temassız sıvı seviyesi kontrolörü aşağıdaki yorumlar bölümünü bırakın.
