Phát hiện bằng siêu âm được sử dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng công nghiệp để phát hiện các dấu vết ẩn, sự gián đoạn trong kim loại, vật liệu tổng hợp, nhựa, gốm sứ và để phát hiện mực nước. Vì mục đích này, các định luật vật lý chỉ ra sự truyền sóng âm qua các vật liệu rắn đã được sử dụng kể từ khi các cảm biến siêu âm sử dụng âm thanh thay vì ánh sáng để phát hiện.
Nguyên tắc của phát hiện siêu âm là gì?
Xác định sóng âm thanh
Âm thanh là sóng cơ học truyền qua môi trường, có thể là chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí. Sóng âm có thể truyền qua các môi trường với vận tốc riêng phụ thuộc vào môi trường truyền. Các sóng âm thanh có tần số cao phản xạ từ các ranh giới và tạo ra các mẫu tiếng vang đặc biệt.
Định luật vật lý cho sóng âm
Sóng âm có tần số cụ thể hoặc số dao động trong một giây. Con người có thể phát hiện âm thanh trong dải tần từ khoảng 20Hz đến 20 KHz. Tuy nhiên, dải tần số thường được sử dụng trong phát hiện siêu âm là 100 KHz đến 50MHz. Vận tốc của siêu âm tại một thời điểm và nhiệt độ cụ thể là không đổi trong môi trường.
W = C / F (hoặc) W = CT
Trong đó W = Chiều dài sóng
C = Vận tốc của âm thanh trong môi trường
F = Tần số của sóng
T = Khoảng thời gian
Các phương pháp kiểm tra siêu âm phổ biến nhất sử dụng sóng dọc hoặc sóng cắt. Sóng dọc là sóng nén, trong đó chuyển động của các hạt có cùng phương với phương của sóng truyền. Sóng biến dạng là một chuyển động sóng trong đó chuyển động của hạt vuông góc với phương truyền sóng. Phát hiện bằng siêu âm đưa sóng âm tần số cao vào đối tượng thử nghiệm để thu được thông tin về đối tượng mà không làm thay đổi hoặc làm hỏng đối tượng theo bất kỳ cách nào. Hai giá trị được đo trong phát hiện siêu âm.
Khoảng thời gian để âm thanh truyền qua môi trường và biên độ của tín hiệu nhận được. Dựa trên vận tốc và độ dày thời gian có thể được tính toán.
Độ dày của vật liệu = Vận tốc âm thanh của vật liệu X Thời gian chiến đấu
Đầu dò để truyền sóng và phát hiện hạt
Để gửi sóng âm và nhận tiếng vọng, các cảm biến siêu âm, thường được gọi là bộ thu phát hoặc đầu dò sẽ được sử dụng. Chúng hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như radar sẽ chuyển hóa năng lượng điện thành cơ năng dưới dạng âm thanh và ngược lại.
Các đầu dò thường được sử dụng là đầu dò tiếp xúc, đầu dò chùm góc, đầu dò dòng trễ, đầu dò ngâm và đầu dò phần tử kép. Đầu dò tiếp xúc thường được sử dụng để xác định các khoảng trống và vết nứt trên bề mặt bên ngoài của một bộ phận cũng như đo độ dày. Đầu dò chùm tia góc sử dụng nguyên tắc phản xạ và chuyển đổi chế độ để tạo ra sóng cắt khúc xạ hoặc sóng dọc trong vật liệu thử nghiệm.
Đầu dò đường trễ là đầu dò sóng dọc phần tử đơn được sử dụng kết hợp với đường trễ có thể thay thế. Một trong những lý do để chọn đầu dò dòng trễ là độ phân giải gần bề mặt có thể được cải thiện. Độ trễ cho phép phần tử ngừng rung trước khi có thể nhận được tín hiệu trở lại từ bộ phản xạ.
Những ưu điểm chính được cung cấp bởi đầu dò ngâm so với đầu dò tiếp xúc là Khớp nối đồng nhất làm giảm các biến thể độ nhạy, Giảm thời gian quét và tăng độ nhạy đối với các gương phản xạ nhỏ.
Hoạt động của cảm biến siêu âm:
Khi một xung điện có điện áp cao được đặt vào đầu dò siêu âm, nó sẽ rung trên một phổ tần số cụ thể và tạo ra một loạt sóng âm thanh. Bất cứ khi nào có bất kỳ chướng ngại vật nào đi trước cảm biến siêu âm, sóng âm thanh sẽ phản xạ trở lại dưới dạng tiếng vang và tạo ra xung điện. Nó tính toán thời gian từ khi gửi sóng âm đến khi nhận được tiếng vọng. Các mẫu tiếng vọng sẽ được so sánh với các mẫu sóng âm thanh để xác định tình trạng của tín hiệu được phát hiện.
3 Ứng dụng liên quan đến phát hiện siêu âm:
Khoảng cách của chướng ngại vật hoặc sự gián đoạn trong kim loại liên quan đến vận tốc của sóng âm trong môi trường mà sóng truyền qua và thời gian nhận được tiếng vang. Do đó, phát hiện siêu âm có thể được sử dụng để tìm khoảng cách giữa các hạt, để phát hiện sự không liên tục trong kim loại và để chỉ ra mức chất lỏng.
- Đo khoảng cách siêu âm
Cảm biến siêu âm được sử dụng cho các ứng dụng đo khoảng cách. Các thiết bị này thường xuyên truyền một loạt âm thanh siêu âm ngắn tới mục tiêu, phản xạ âm thanh trở lại cảm biến. Sau đó, hệ thống đo thời gian để tiếng vọng quay trở lại cảm biến và tính khoảng cách tới mục tiêu bằng cách sử dụng tốc độ âm thanh trong môi trường.
Các loại đầu dò khác nhau được sử dụng trong các thiết bị làm sạch siêu âm có thể tiếp cận được trong công nghiệp. Một đầu dò siêu âm được gắn vào một chảo thép không gỉ chứa đầy dung môi và một sóng vuông được áp dụng cho nó, truyền năng lượng rung động cho chất lỏng.
Cảm biến khoảng cách siêu âm
Cảm biến khoảng cách siêu âm đo khoảng cách bằng sóng siêu âm, một nhịp siêu âm (cao hơn cả thính giác của con người) được truyền từ thiết bị và khoảng cách đến mục tiêu được xác định bằng cách đo thời gian cần thiết để phản hồi lại tiếng vọng. Đầu ra từ cảm biến siêu âm là một nhịp có chiều rộng thay đổi được so với khoảng cách tới mục tiêu.
8 Tính năng của Cảm biến Khoảng cách Siêu âm:
- Điện áp cung cấp: 5V (DC).
- Cung cấp hiện tại: 15mA.
- Tần số điều chế: 40Hz.
- Đầu ra: 0 - 5V (Đầu ra cao khi phát hiện chướng ngại vật trong phạm vi).
- Góc chùm: Tối đa 15 độ.
- Khoảng cách: 2cm - 400cm.
- Độ chính xác: 0,3cm.
- Giao tiếp: Xung TTL dương.
Hoạt động của cảm biến khoảng cách siêu âm:
Mô-đun cảm biến siêu âm bao gồm một máy phát và một máy thu. Bộ phát có thể phát âm thanh siêu âm 40 KHz trong khi bộ thu tối đa được thiết kế để chỉ chấp nhận sóng âm thanh 40 KHz. Do đó, cảm biến siêu âm của máy thu được giữ bên cạnh máy phát sẽ có thể nhận được 40 KHz phản xạ, khi mô-đun gặp bất kỳ vật cản nào ở phía trước. Do đó, bất cứ khi nào có bất kỳ chướng ngại vật nào đến trước mô-đun siêu âm, nó sẽ tính toán thời gian từ khi gửi tín hiệu đến khi nhận được chúng kể từ khi thời gian và khoảng cách có liên quan đến sóng âm truyền qua môi trường không khí ở tốc độ 343,2m / giây. Khi nhận được tín hiệu, chương trình MC trong khi thực thi sẽ hiển thị dữ liệu, tức là khoảng cách được đo trên màn hình LCD được giao tiếp với bộ vi điều khiển tính bằng cms.
Mạch cảm biến khoảng cách siêu âm
Đặc biệt, các ứng dụng robot rất phổ biến nhưng bạn cũng sẽ thấy sản phẩm này hữu ích trong các hệ thống an ninh hoặc thay thế tia hồng ngoại nếu muốn.
- Đầu dò siêu âm để phát hiện mực nước
Phát hiện siêu âm
Sơ đồ khối cho bộ điều khiển mức chất lỏng không tiếp xúc
bộ điều khiển mức chất lỏng không tiếp xúc
Sơ đồ mạch trên cho thấy bộ điều khiển mức chất lỏng không tiếp xúc trong sơ đồ này, mô-đun cảm biến siêu âm được giao tiếp với bộ vi điều khiển. Bất cứ khi nào khoảng cách mức được đo bằng cm giảm xuống dưới một điểm đặt, máy bơm sẽ bắt đầu bằng cách cảm nhận tín hiệu phát ra và mức nhận đến đầu dò siêu âm được đưa đến bộ vi điều khiển. Khi bộ vi điều khiển nhận được tín hiệu từ đầu dò siêu âm, nó sẽ kích hoạt rơle thông qua MOSFET để điều khiển máy bơm BẬT hoặc TẮT.
- Phát hiện chướng ngại vật bằng siêu âm
Cảm biến siêu âm được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của mục tiêu và đo khoảng cách tới mục tiêu trong nhiều nhà máy chế biến rô bốt và nhà máy chế biến. Cảm biến có đầu ra kỹ thuật số BẬT hoặc TẮT có sẵn để phát hiện sự hiện diện của vật thể và cảm biến có đầu ra tương tự thay đổi liên quan đến cảm biến để khoảng cách tách mục tiêu có sẵn trên thị trường.
Cảm biến chướng ngại vật siêu âm bao gồm một bộ thu và phát siêu âm hoạt động ở cùng một tần số. Điểm khi có thứ gì đó di chuyển trong vùng được bảo đảm thì độ lệch tốt của mạch sẽ tăng lên và còi / cảnh báo được kích hoạt.
Cảm biến chướng ngại vật siêu âm
Đặc trưng:
- Công suất tiêu thụ 20mA
- Giao tiếp xung vào / ra
- Góc chấp nhận hẹp
- Cung cấp ước tính phân tách chính xác, không tiếp xúc trong vòng từ 2cm đến 3m
- Đèn LED điểm nổ hiển thị các ước tính trong tiến trình
- Đầu cắm 3 chân giúp kết nối đơn giản bằng cách sử dụng liên kết phát triển servo
Thông số kỹ thuật:
- Nguồn cung cấp: 5V DC
- Dòng tĩnh:<15mA
- Góc ảnh hưởng:<15°
- Khoảng cách: 2cm - 350 cm
- Độ phân giải: 0,3 cm
- Chu kỳ đầu ra: 50ms
Cảm biến phát hiện vật thể bằng cách phát ra một vụ nổ siêu âm ngắn và sau đó lắng nghe môi trường. Dưới sự điều khiển của bộ vi điều khiển chủ, cảm biến phát ra một tiếng nổ ngắn 40 kHz. Vụ nổ này gây nổ hoặc di chuyển trong không khí chạm vào một bài báo và sau đó một lần nữa dội lại vào cảm biến.
Cảm biến cung cấp một xung đầu ra cho máy chủ sẽ kết thúc khi tiếng vọng được phát hiện, do đó độ rộng của một xung tiếp theo được chương trình đưa vào tính toán để cung cấp kết quả trong khoảng cách của đối tượng.
Bây giờ bạn đã hiểu các ứng dụng và khái niệm cơ bản về phát hiện siêu âm nếu có bất kỳ câu hỏi nào về chủ đề này hoặc về điện và bộ điều khiển mức chất lỏng không tiếp xúc để lại phần bình luận bên dưới.
