การตรวจจับอัลตราโซนิก - พื้นฐานและการใช้งาน

การตรวจจับอัลตราโซนิกมักใช้ในงานอุตสาหกรรมเพื่อตรวจจับรอยที่ซ่อนอยู่ความไม่ต่อเนื่องในโลหะคอมโพสิตพลาสติกเซรามิกและสำหรับการตรวจจับระดับน้ำ เพื่อจุดประสงค์นี้กฎของฟิสิกส์ซึ่งระบุการแพร่กระจายของคลื่นเสียงผ่านวัสดุที่เป็นของแข็งจึงถูกนำมาใช้เนื่องจากเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกใช้เสียงแทนแสงในการตรวจจับ

หลักการของ Ultrasonic Detection คืออะไร?

การกำหนดคลื่นเสียง

เสียงเป็นคลื่นกลที่เคลื่อนที่ผ่านตัวกลางซึ่งอาจเป็นของแข็งหรือของเหลวหรือก๊าซ คลื่นเสียงสามารถเดินทางผ่านตัวกลางด้วยความเร็วเฉพาะขึ้นอยู่กับตัวกลางในการแพร่กระจาย คลื่นเสียงที่มีความถี่สูงสะท้อนจากขอบเขตและสร้างรูปแบบเสียงสะท้อนที่โดดเด่น

กฎของฟิสิกส์สำหรับคลื่นเสียง

คลื่นเสียงมีความถี่เฉพาะหรือจำนวนการสั่นต่อวินาที มนุษย์สามารถตรวจจับเสียงในช่วงความถี่ได้ตั้งแต่ 20Hz ถึง 20 KHz อย่างไรก็ตามช่วงความถี่ที่ใช้โดยปกติ การตรวจจับอัลตราโซนิก คือ 100 KHz ถึง 50MHz ความเร็วของอัลตร้าซาวด์ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งและอุณหภูมิจะคงที่ในตัวกลาง

W = C / F (หรือ) W = CT

โดยที่ W = ความยาวคลื่น

C = ความเร็วของเสียงในสื่อ

F = ความถี่ของคลื่น

T = ช่วงเวลา

วิธีการตรวจอัลตราโซนิกที่พบบ่อยที่สุดจะใช้คลื่นตามยาวหรือคลื่นเฉือน คลื่นตามยาวคือคลื่นอัดที่การเคลื่อนที่ของอนุภาคอยู่ในทิศทางเดียวกันของคลื่นการแพร่กระจาย คลื่นเฉือนคือการเคลื่อนที่ของคลื่นที่การเคลื่อนที่ของอนุภาคตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจาย การตรวจจับอัลตราโซนิกจะนำคลื่นเสียงความถี่สูงเข้าไปในวัตถุทดสอบเพื่อให้ได้ข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุโดยไม่เปลี่ยนแปลงหรือทำให้เสียหาย แต่อย่างใด มีการวัดค่าสองค่าในการตรวจจับอัลตราโซนิก

ระยะเวลาที่เสียงเดินทางผ่านสื่อและแอมพลิจูดของสัญญาณที่ได้รับ สามารถคำนวณตามความเร็วและความหนาของเวลาได้

ความหนาของวัสดุ = ความเร็วเสียงของวัสดุ X เวลาต่อสู้

ทรานสดิวเซอร์สำหรับการแพร่กระจายคลื่นและการตรวจจับอนุภาค

สำหรับการส่งคลื่นเสียงและรับเสียงสะท้อนจะใช้เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกโดยปกติเรียกว่าตัวรับส่งสัญญาณหรือตัวแปลงสัญญาณ พวกมันทำงานบนหลักการที่คล้ายกับเรดาร์ที่จะเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลในรูปแบบของเสียงและในทางกลับกัน

ทรานสดิวเซอร์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ทรานสดิวเซอร์แบบสัมผัส, ทรานสดิวเซอร์ลำแสงมุม, ทรานสดิวเซอร์สายหน่วง, ทรานสดิวเซอร์แบบแช่และทรานสดิวเซอร์องค์ประกอบคู่ โดยทั่วไปแล้วทรานสดิวเซอร์แบบสัมผัสจะใช้สำหรับค้นหาช่องว่างและรอยแตกที่พื้นผิวด้านนอกของชิ้นส่วนเช่นเดียวกับการวัดความหนา ทรานสดิวเซอร์ลำแสงมุมใช้หลักการของการสะท้อนและการแปลงโหมดเพื่อสร้างแรงเฉือนหักเหหรือคลื่นตามยาวในวัสดุทดสอบ

ทรานสดิวเซอร์สายหน่วงเป็นตัวแปลงคลื่นตามยาวองค์ประกอบเดียวที่ใช้ร่วมกับสายหน่วงเวลาที่ถอดเปลี่ยนได้ เหตุผลประการหนึ่งในการเลือกตัวแปลงสัญญาณแบบหน่วงเวลาคือสามารถปรับปรุงความละเอียดใกล้พื้นผิวได้ การหน่วงเวลาทำให้องค์ประกอบหยุดสั่นก่อนที่จะรับสัญญาณส่งกลับจากตัวสะท้อนแสงได้

ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่นำเสนอโดยทรานสดิวเซอร์แบบแช่ผ่านทรานสดิวเซอร์แบบสัมผัสคือการมีเพศสัมพันธ์แบบสม่ำเสมอช่วยลดรูปแบบความไวลดเวลาในการสแกนและเพิ่มความไวต่อตัวสะท้อนแสงขนาดเล็ก

การทำงานของเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก:

เมื่อพัลส์ไฟฟ้าของแรงดันไฟฟ้าสูงถูกนำไปใช้กับตัวแปลงสัญญาณอัลตราโซนิกมันจะสั่นสะเทือนในสเปกตรัมความถี่เฉพาะและสร้างคลื่นเสียงออกมา เมื่อใดก็ตามที่มีสิ่งกีดขวางอยู่ข้างหน้าเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกคลื่นเสียงจะสะท้อนกลับในรูปแบบของเสียงสะท้อนและสร้างพัลส์ไฟฟ้า จะคำนวณเวลาที่ใช้ระหว่างการส่งคลื่นเสียงและการรับเสียงสะท้อน รูปแบบเสียงสะท้อนจะถูกเปรียบเทียบกับรูปแบบของคลื่นเสียงเพื่อกำหนดสภาพของสัญญาณที่ตรวจพบ

3 แอพพลิเคชั่นที่เกี่ยวข้องกับการตรวจจับอัลตราโซนิก:

ระยะห่างของสิ่งกีดขวางหรือความไม่ต่อเนื่องในโลหะสัมพันธ์กับความเร็วของคลื่นเสียงในตัวกลางที่คลื่นผ่านและเวลาที่ใช้ในการรับเสียงสะท้อน ดังนั้นการตรวจจับอัลตราโซนิกจึงสามารถใช้ในการค้นหาระยะห่างระหว่างอนุภาคเพื่อตรวจจับความไม่ต่อเนื่องในโลหะและเพื่อระบุระดับของเหลว

• การวัดระยะทางอัลตราโซนิก

อัลตราโซนิกเซนเซอร์ใช้สำหรับงานวัดระยะทาง แกดเจ็ตเหล่านี้ส่งเสียงอัลตราโซนิกสั้น ๆ ไปยังเป้าหมายเป็นประจำซึ่งจะสะท้อนเสียงกลับไปที่เซ็นเซอร์ จากนั้นระบบจะวัดเวลาที่เสียงสะท้อนกลับไปยังเซ็นเซอร์และคำนวณระยะทางไปยังเป้าหมายโดยใช้ความเร็วของเสียงภายในตัวกลาง

ทรานสดิวเซอร์ประเภทต่างๆถูกนำมาใช้ภายในอุปกรณ์ทำความสะอาดอัลตราโซนิกที่เข้าถึงได้ในอุตสาหกรรม ตัวแปลงสัญญาณอัลตราโซนิกติดอยู่กับกระทะสแตนเลสซึ่งเต็มไปด้วยตัวทำละลายและคลื่นสี่เหลี่ยมจะถูกนำไปใช้กับมันให้พลังงานการสั่นสะเทือนกับของเหลว

เซ็นเซอร์ระยะอัลตราโซนิก

เซนเซอร์ตรวจจับระยะทางอัลตราโซนิกจะวัดระยะทางโดยใช้โซนาร์การตีแบบอัลตราโซนิก (เหนือการได้ยินของมนุษย์) จะถูกส่งจากหน่วยและระยะทางไปยังเป้าหมายจะถูกกำหนดโดยการวัดเวลาที่ต้องการสำหรับการส่งคืนเสียงสะท้อน เอาต์พุตจากเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกคือจังหวะความกว้างตัวแปรที่เปรียบเทียบกับระยะทางกับเป้าหมาย

8 คุณสมบัติของเซ็นเซอร์ระยะอัลตราโซนิก:

1. แรงดันไฟฟ้า: 5V (DC)
2. อุปทานในปัจจุบัน: 15mA.
3. ความถี่ในการมอดูเลต: 40Hz.
4. เอาต์พุต: 0 - 5V (เอาต์พุตสูงเมื่อตรวจพบสิ่งกีดขวางในระยะ)
5. มุมลำแสง: สูงสุด 15 องศา
6. ระยะทาง: 2 ซม. - 400 ซม.
7. ความแม่นยำ: 0.3 ซม.
8. การสื่อสาร: ชีพจร TTL เป็นบวก

การทำงานของเซ็นเซอร์ระยะอัลตราโซนิก:

โมดูลเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกประกอบด้วยเครื่องส่งสัญญาณหนึ่งเครื่องและเครื่องรับหนึ่งเครื่อง เครื่องส่งสามารถส่งเสียงอัลตราโซนิก 40 KHz ในขณะที่ตัวรับสัญญาณสูงสุดได้รับการออกแบบให้รับคลื่นเสียง 40 KHz เท่านั้น เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกตัวรับที่เก็บไว้ถัดจากเครื่องส่งจะต้องสามารถรับแสงสะท้อน 40 KHz ได้เมื่อโมดูลเผชิญกับสิ่งกีดขวางใด ๆ ที่อยู่ด้านหน้า ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่มีอุปสรรคมาข้างหน้าของโมดูลอัลตราโซนิกจะคำนวณเวลาที่ใช้ในการส่งสัญญาณไปยังการรับสัญญาณเนื่องจากเวลาและระยะทางเกี่ยวข้องกับคลื่นเสียงที่ผ่านตัวกลางอากาศที่ 343.2m / วินาที เมื่อได้รับสัญญาณโปรแกรม MC ในขณะที่ดำเนินการจะแสดงข้อมูลเช่นระยะทางที่วัดได้บนจอ LCD ที่เชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ในหน่วยซม.

วงจรเซ็นเซอร์ระยะอัลตราโซนิก

โดยทั่วไปแล้วแอปพลิเคชันหุ่นยนต์เป็นที่นิยมมาก แต่คุณยังพบว่าผลิตภัณฑ์นี้มีประโยชน์ในระบบรักษาความปลอดภัยหรือใช้แทนอินฟราเรดได้หากต้องการ

• ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกสำหรับการตรวจจับระดับน้ำ

การตรวจจับอัลตราโซนิก

แผนภาพบล็อกสำหรับตัวควบคุมระดับของเหลวแบบไม่สัมผัส

ตัวควบคุมระดับของเหลวแบบไม่สัมผัส

แผนภาพวงจรด้านบนแสดงไฟล์ ตัวควบคุมระดับของเหลวแบบไม่สัมผัส ในแผนภาพนี้โมดูลเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ เมื่อใดก็ตามที่ระยะระดับที่วัดเป็นซม. ตกลงมาต่ำกว่าจุดที่กำหนดปั๊มจะเริ่มต้นด้วยการตรวจจับสัญญาณที่ออกมาและระดับการรับที่มาที่ตัวแปลงสัญญาณอัลตราโซนิกซึ่งป้อนให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ เมื่อไมโครคอนโทรลเลอร์ได้รับสัญญาณจากตัวแปลงสัญญาณอัลตราโซนิกมันจะเปิดใช้งานรีเลย์ผ่าน MOSFET ที่เปิดหรือปิดปั๊ม

• อัลตราโซนิกการตรวจจับอุปสรรค

เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกใช้เพื่อตรวจจับการมีอยู่ของเป้าหมายและเพื่อวัดระยะทางไปยังเป้าหมายในโรงงานแปรรูปหุ่นยนต์และโรงงานแปรรูปหลายแห่ง เซนเซอร์ที่มีเอาต์พุตดิจิตอลเปิดหรือปิดมีไว้สำหรับตรวจจับการมีอยู่ของวัตถุและเซ็นเซอร์ด้วยเอาต์พุตแบบอะนาล็อกที่เปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับเซ็นเซอร์กับระยะห่างของเป้าหมายมีวางจำหน่ายทั่วไป

เซ็นเซอร์อุปสรรคอัลตราโซนิกประกอบด้วยชุดเครื่องรับและเครื่องส่งสัญญาณอัลตราโซนิกซึ่งทำงานที่ความถี่เดียวกัน จุดที่มีบางสิ่งเคลื่อนไหวในโซนที่ปลอดภัยการชดเชยที่ดีของวงจรจะรุนแรงขึ้นและสัญญาณเตือน / สัญญาณเตือนจะถูกกระตุ้น

อัลตราโซนิกเซ็นเซอร์อุปสรรค

คุณสมบัติ:

• การใช้พลังงาน 20mA
• การสื่อสารแบบพัลส์เข้า / ออก
• มุมรับแคบ
• ให้การประมาณค่าการแยกที่แน่นอนและไม่สัมผัสภายใน 2 ซม. ถึง 3 ม
• ไฟ LED แสดงจุดระเบิดแสดงการประมาณค่าล่วงหน้า
• ส่วนหัว 3 พินทำให้การเชื่อมต่อเป็นเรื่องง่ายโดยใช้ลิงค์การพัฒนาเซอร์โว

ข้อมูลจำเพาะ:

• แหล่งจ่ายไฟ: 5V DC
• ปัจจุบันนิ่ง:<15mA
• มุมผล:<15°
• ระยะห่าง: 2 ซม. - 350 ซม
• ความละเอียด: 0.3 ซม
• รอบการส่งออก: 50ms

เซ็นเซอร์จะตรวจจับวัตถุโดยการปล่อยคลื่นอัลตร้าโซนิคสั้น ๆ จากนั้นจึงฟังเสียงเพื่อสิ่งแวดล้อม ภายใต้การควบคุมของไมโครคอนโทรลเลอร์โฮสต์เซ็นเซอร์จะปล่อยการระเบิดสั้น ๆ 40 kHz การระเบิดนี้เป็นการระเบิดหรือเดินทางผ่านอากาศไปกระทบบทความและหลังจากนั้นจะเด้งไปที่เซ็นเซอร์อีกครั้ง

เซ็นเซอร์ให้พัลส์เอาท์พุตไปยังโฮสต์ซึ่งจะยุติเมื่อตรวจพบเสียงสะท้อนดังนั้นความกว้างของพัลส์หนึ่งไปยังอีกอันหนึ่งจะถูกนำไปคำนวณโดยโปรแกรมเพื่อให้ผลลัพธ์เป็นระยะทางของวัตถุ

ตอนนี้คุณได้เข้าใจการใช้งานและแนวคิดพื้นฐานของการตรวจจับอัลตราโซนิกแล้วหากมีข้อสงสัยในหัวข้อนี้หรือเกี่ยวกับไฟฟ้าและ ตัวควบคุมระดับของเหลวแบบไม่สัมผัส ออกจากส่วนความคิดเห็นด้านล่าง