A detecção ultrassônica é mais comumente usada em aplicações industriais para detectar rastros ocultos, descontinuidades em metais, compostos, plásticos, cerâmicas e para detecção de nível de água. Para tanto, as leis da física que indicam a propagação das ondas sonoras através de materiais sólidos têm sido utilizadas desde sensores ultrassônicos que usam som em vez de luz para detecção.
Qual é o princípio da detecção ultrassônica?
Definindo onda sonora
O som é uma onda mecânica que viaja através dos meios, que podem ser sólidos, líquidos ou gasosos. As ondas sonoras podem viajar através dos meios com uma velocidade específica que depende do meio de propagação. As ondas sonoras de alta frequência refletem a partir dos limites e produzem padrões de eco distintos.
Leis da física para ondas sonoras
As ondas sonoras têm frequências específicas ou número de oscilações por segundo. Os humanos podem detectar sons em uma faixa de frequência de cerca de 20 Hz a 20 KHz. No entanto, a faixa de frequência normalmente empregada em detecção ultrassônica é de 100 KHz a 50 MHz. A velocidade do ultrassom em um determinado momento e temperatura é constante em um meio.
W = C / F (ou) W = CT
Onde W = comprimento de onda
C = Velocidade do som em um meio
F = frequência da onda
T = período de tempo
Os métodos mais comuns de exame ultrassônico utilizam ondas longitudinais ou ondas de cisalhamento. A onda longitudinal é uma onda de compressão na qual o movimento da partícula está na mesma direção da onda de propagação. A onda de cisalhamento é um movimento de onda em que o movimento da partícula é perpendicular à direção de propagação. A detecção ultrassônica introduz ondas sonoras de alta frequência em um objeto de teste para obter informações sobre o objeto sem alterá-lo ou danificá-lo de nenhuma forma. Dois valores são medidos na detecção ultrassônica.
A quantidade de tempo que o som leva para percorrer o meio e a amplitude do sinal recebido. Com base na velocidade e no tempo, a espessura pode ser calculada.
A espessura do material = Velocidade do som do material X Tempo de Luta
Transdutores para propagação de ondas e detecção de partículas
Para enviar ondas sonoras e receber eco, serão usados sensores ultrassônicos, normalmente chamados de transceptores ou transdutores. Eles funcionam em um princípio semelhante ao radar que irá converter energia elétrica em energia mecânica na forma de som e vice-versa.
Os transdutores comumente usados são transdutores de contato, transdutores de feixe angular, transdutores de linha de retardo, transdutores de imersão e transdutores de elemento duplo. Os transdutores de contato são normalmente usados para localizar espaços vazios e rachaduras na superfície externa de uma peça, bem como medir a espessura. Os transdutores de feixe angular usam o princípio de reflexão e conversão de modo para produzir cisalhamento refratado ou ondas longitudinais no material de teste.
Os transdutores de linha de retardo são transdutores de onda longitudinal de elemento único usados em conjunto com uma linha de retardo substituível. Uma das razões para escolher um transdutor de linha de retardo é que a resolução próxima à superfície pode ser melhorada. O atraso permite que o elemento pare de vibrar antes que um sinal de retorno do refletor possa ser recebido.
As principais vantagens oferecidas pelos transdutores de imersão sobre os transdutores de contato são o acoplamento uniforme, que reduz as variações de sensibilidade, reduz o tempo de varredura e aumenta a sensibilidade para pequenos refletores.
Operação de sensores ultrassônicos:
Quando um pulso elétrico de alta tensão é aplicado ao transdutor ultrassônico, ele vibra em um espectro específico de frequências e gera uma explosão de ondas sonoras. Sempre que algum obstáculo se aproxima do sensor ultrassônico, as ondas sonoras refletem de volta na forma de eco e geram um pulso elétrico. Ele calcula o tempo gasto entre o envio de ondas sonoras e o recebimento do eco. Os padrões de eco serão comparados com os padrões de ondas sonoras para determinar a condição do sinal detectado.
3 Aplicações envolvendo detecção ultrassônica:
A distância de obstáculo ou descontinuidade nos metais está relacionada à velocidade das ondas sonoras em um meio pelo qual as ondas passam e o tempo gasto para a recepção do eco. Assim, a detecção ultrassônica pode ser usada para encontrar as distâncias entre as partículas, para detectar as descontinuidades nos metais e para indicar o nível do líquido.
- Medição de distância ultrassônica
Sensores ultrassônicos são usados para aplicações de medição de distância. Esses aparelhos transmitem regularmente uma curta explosão de som ultrassônico para um alvo, que reflete o som de volta para o sensor. O sistema então mede o tempo para o eco retornar ao sensor e calcula a distância até o alvo usando a velocidade do som no meio.
Diferentes tipos de transdutores são utilizados em dispositivos de limpeza ultrassônica acessíveis industrialmente. Um transdutor ultrassônico é fixado em uma panela de aço inoxidável que é preenchida com um solvente e uma onda quadrada é aplicada a ela, conferindo energia vibratória ao líquido.
Sensor de distância ultrassônico
Os sensores de distância ultrassônicos medem a distância usando um sonar. Uma batida ultrassônica (bem acima da audição humana) é transmitida da unidade e a distância até o alvo é determinada medindo o tempo necessário para o retorno do eco. A saída do sensor ultrassônico é uma batida de largura variável que se compara à distância até o alvo.
8 Recursos do Sensor Ultrassônico de Distância:
- Tensão de alimentação: 5V (DC).
- Corrente de alimentação: 15mA.
- Frequência de modulação: 40Hz.
- Saída: 0 - 5V (saída alta quando obstáculo detectado na faixa).
- Ângulo do feixe: Máx. 15 graus.
- Distância: 2cm - 400cm.
- Precisão: 0,3 cm.
- Comunicação: pulso TTL positivo.
Operação do sensor ultrassônico de distância:
O módulo do sensor ultrassônico é composto por um transmissor e um receptor. O transmissor pode fornecer som ultrassônico de 40 KHz, enquanto o receptor máximo é projetado para aceitar apenas ondas de som de 40 KHz. O sensor ultrassônico do receptor que fica próximo ao transmissor deve, portanto, ser capaz de receber 40 KHz refletidos, uma vez que o módulo enfrenta algum obstáculo na frente. Assim, sempre que qualquer obstáculo surge à frente do módulo ultrassônico, ele calcula o tempo decorrido entre o envio dos sinais e a recepção deles, uma vez que o tempo e a distância são relacionados para as ondas sonoras que passam pelo meio aéreo a 343,2 m / seg. Ao receber o sinal de programa MC enquanto executado exibe os dados, ou seja, a distância medida em um LCD com interface com o microcontrolador em cms.
Circuito de sensor ultrassônico de distância
Caracteristicamente, os aplicativos de robótica são muito populares, mas você também achará este produto útil em sistemas de segurança ou como um substituto infravermelho, se desejado.
- Transdutor ultrassônico para detecção de nível de água
Detecção Ultrassônica
Diagrama de blocos para controlador de nível de líquido sem contato
controlador de nível de líquido sem contato
O diagrama de circuito acima mostra o controlador de nível de líquido sem contato neste diagrama, o módulo do sensor ultrassônico tem interface com o microcontrolador. Sempre que a distância do nível medida em cm cai abaixo de um ponto de ajuste, a bomba começa detectando o sinal que sai e recebendo o nível que chega ao transdutor ultrassônico que é alimentado para o microcontrolador. Quando o microcontrolador recebe o sinal do transdutor ultrassônico, ele ativa o relé através de um MOSFET que operou a bomba LIGADA ou DESLIGADA.
- Detecção Ultrassônica de Obstáculos
Sensores ultrassônicos são usados para detectar a presença de alvos e medir a distância até os alvos em muitas plantas de processamento robotizadas e plantas de processo. Sensores com uma saída digital ON ou OFF estão disponíveis para detectar a presença de objetos e sensores com uma saída analógica que muda em relação à distância de separação entre o sensor e o alvo estão disponíveis comercialmente.
O sensor ultrassônico de obstáculos consiste em um conjunto de receptor e transmissor ultrassônico que operam na mesma frequência. O ponto em que algo se move na zona protegida do desvio fino do circuito é agravado e a campainha / alarme é acionado.
Sensor Ultrassônico de Obstáculos
Características:
- Consumo de energia de 20mA
- Comunicação de entrada / saída de pulso
- Ângulo de aceitação estreito
- Fornece estimativas exatas de separação sem contato dentro de 2 cm a 3 m
- O LED do ponto de explosão mostra estimativas no avanço
- O cabeçalho de 3 pinos simplifica a conexão, utilizando um link de desenvolvimento servo
Especificações:
- Fonte de alimentação: 5V DC
- Corrente quiescente:<15mA
- Ângulo efetivo:<15°
- Distância de alcance: 2cm - 350 cm
- Resolução: 0,3 cm
- Ciclo de saída: 50ms
O sensor detecta objetos emitindo uma curta explosão ultrassônica e, em seguida, ouvindo o eco. Sob o controle de um microcontrolador hospedeiro, o sensor emite uma explosão curta de 40 kHz. Esta explosão avança ou viaja pelo ar atinge um artigo e depois salta mais uma vez para o sensor.
O sensor fornece um pulso de saída para o host que terminará quando o eco for detectado, portanto, a largura de um pulso para o próximo é levada para o cálculo por um programa para fornecer resultados em uma distância do objeto.
Agora você entendeu as aplicações e o conceito básico de detecção ultrassônica, se houver alguma dúvida sobre este tópico ou sobre o sistema elétrico e controlador de nível de líquido sem contato deixe a seção de comentários abaixo.
