Схемы ультразвуковых преобразователей:устройство обнаружения объектов

Вы когда-нибудь хотели измерить расстояние объекта от конкретной цели? Для этой цели вы можете использовать ультразвуковой передатчик с ультразвуковым датчиком. Электронные схемы обычно содержат этот компонент для генерации ультразвуковых волн. В результате он может измерить близость объекта. Следовательно, эти возможности делают их чрезвычайно полезными для роботизированной навигации. Кроме того, этот тип датчика также имеет различные применения во многих областях, включая промышленность, медицину, автоматизацию и многое другое!

В этой статье представлены схемы ультразвуковых преобразователей, что позволит вам понять их возможности. Итак, приступим!

Что такое ультразвуковой преобразователь?

Ультразвуковой преобразователь

Ультразвуковой преобразователь служит датчиком, связанным со звуком, который преобразует тип энергии в ультразвуковую энергию. Это устройство передает электрические сигналы объекту, а затем отправляет их обратно на преобразователь. Пока это происходит, он измеряет расстояние до объекта, а не силу сигнала. Он также использует ультразвуковые волны для измерения определенных параметров. Кроме того, его ультразвуковой диапазон частот превышает 20 кГц, что делает его идеальным для измерения расстояний.

Ультразвуковой датчик 40 кГц.

Источник:Викисклад

В целом датчик этого типа обнаруживает различные материалы, в том числе металлические, неметаллические, прозрачные и цветные объекты. Он также идентифицирует жидкости, твердые и мелкодисперсные вещества.

Внутренняя структура ультразвукового датчика.

Источник:Викисклад

Устройство имеет подложку, изнашиваемую пластину и активный элемент. В этом случае кристалл или пьезоэлектрик, служащий активным элементом, преобразует электрическую энергию в энергию ультразвука. В результате устройство принимает ультразвуковую энергию, преобразуя ее в электрическую энергию. Конечно, это также обращает процесс трансформации вспять.

Кроме того, преобразователь имеет приемник, передатчик, источник питания и механизм управления. Между тем, передатчик имеет керамический вибратор диаметром 15 мм. Эти датчики функционируют идентично ультразвуковому динамику и микрофону, генерируя и принимая высокочастотные звуковые волны.

Этот преобразователь работает при низкой температуре в диагностических целях из-за высокой точки Кюри пьезоэлектрических материалов, потребляя при этом минимальное количество энергии. Он также может работать в течение длительного времени, не влияя на цепь. Между тем, медицинские преобразователи работают при высоких температурах. Обычно они полагаются на охлаждающее оборудование, которое помогает предотвратить повреждение.

Принцип работы ультразвукового преобразователя

Ультразвуковой датчик может обнаружить дефекты или дефекты в стальном листе.

Подача электрического сигнала на ультразвуковой преобразователь заставит его генерировать звуковые волны. Затем звуковые волны отражают эхо-сигнал преобразователя после обнаружения помех. Он также вибрирует в определенном диапазоне частот. В результате эхо преобразуется в электрический сигнал.

После этого устройство измеряет, сколько времени требуется для подачи звуковой волны и приема эха. Ультразвуковой импульс будет выпущен в воздух, когда датчик работает с частотой 40 кГц.

Флуоресцентные лампы не влияют на способность датчика обнаруживать объекты.

В целом, черные материалы, дым, солнечный свет, люминесцентные лампы и пыль не могут повлиять на работу преобразователя. Поэтому он имеет явное преимущество перед инфракрасными датчиками. Кроме того, ультразвуковой датчик обеспечивает отличные возможности подавления шума. Однако колебания высоких температур могут вызвать помехи при обнаружении объектов.

Это устройство также использует ультразвуковые волны для расчета расстояния по приведенной ниже формуле:

D =½ * T * C

В этом случае D представляет собой расстояние, а T относится к интервалу времени для передачи и приема ультразвуковых волн. Между тем, C представляет скорость звука.

Схема ультразвукового преобразователя

Схема ультразвукового передатчика

Необходимые компоненты:

• 555 IC – 1x
• Транзистор 2N2222 — 1x
• Ультразвуковой преобразователь – 1x
• 1k резистор – 2x
• Резистор 2k – 1x
• Резистор 5k – 1x
• Конденсатор 0,01 футФ – 1x
• Конденсатор 3,3 нФ — 1x

Принцип работы:

Многие схемы ультразвуковых передатчиков оснащены таймером 555 IC.

Источник:Викисклад

Как правило, генератором служит микросхема IC 555, работающая в режиме нестабильного мультивибратора. Это генерирует постоянные последовательные прямоугольные импульсы, которые достигают 40 кГц. При этом уравнение F=1..44/((R2+2R1)C2 задает значение выходной частоты. В то же время электронные компоненты R1, R2 и R3 выдают на выход 40 кГц.

Он также оснащен ультразвуковым преобразователем, который преобразует входной импульс в ультразвуковые волны на соответствующих частотах. Они содержат пьезоэлектрические кристаллы, которые могут изменять размер при получении напряжения. Кристаллы будут колебаться после получения входного сигнала, заставляя их генерировать высокочастотные звуковые волны.

В то же время транзистор 2N2222 управляет преобразователем. Вы можете реализовать генераторы, окруженные кристаллами, а не 555 для стабильной генерации.

Типы ультразвуковых преобразователей

Сегодня на рынке существуют различные типы ультразвуковых преобразователей. Они содержат основные параметры, включая частоту, занимаемую площадь и расположение пьезоэлектрического кристалла. Вы найдете наиболее эффективные типы ниже:

• Линейный тип:датчик этого типа оснащен пьезоэлектрическим кристаллом с линейной матрицей.
  
• Фазированная решетка. Фазированная решетка занимает меньше места и поддерживает низкие частоты в диапазоне от 2 до 7 МГц.
  
• Стандарт:также называемый выпуклым ультразвуковым преобразователем или обычным ультразвуковым преобразователем, этот тип содержит изогнутый пьезоэлектрический кристалл. Вы увидите, как они реализованы в обширных приложениях для тестирования.

Кроме того, вы можете использовать преобразователи с линией задержки, контактные преобразователи, двухэлементные преобразователи, иммерсионные преобразователи и преобразователи с наклонным лучом. Конечно, эти разные типы имеют приложения для неразрушающего контроля.

Приложения

Ультразвуковой датчик содержит ультразвуковой преобразователь.

Ультразвуковой преобразователь имеет различные применения в самых разных областях. Мы перечислили некоторые из них ниже.

• Диагностические тесты, лечение рака, обследование сердца и глаз, а также тестирование внутренних органов в области медицины.
• Обнаружение объектов
• Измерение расстояний между целью и объектом

На этом изображении показано, как ультразвуковой датчик может обнаруживать объекты и расстояние до них. <эм>
<эм>
Источник:Викисклад

• Автоматизация
• Управление запасами
• Выявление мелких ошибок

Ультразвуковой преобразователь может обнаруживать незначительные неисправности.

Источник:Викисклад.

• Измерение уровня и расхода
• Биомедицинские
• Мощность
• Контроль и мониторинг уровня жидкости
• Управление линейкой продуктов
• Обнаружение обрыва провода

За и против

Плюсы:

Ультразвуковые преобразователи могут обнаруживать твердые вещества, жидкости или газы. Мы перечислили преимущества ультразвукового преобразователя ниже: 

• Возможность обнаружения всех типов веществ и измерения различных материалов.
• Температура, пыль и вода не влияют на производительность.
• Работает в любой среде с подходящими условиями.
• Обычно используется для обеспечения измерений с большим интервалом измерения.

Ниже перечислены недостатки, связанные с ультразвуковыми датчиками:

Минусы:

Высокие колебания температуры могут повлиять на датчик.

• Изменения обнаружения происходят в результате непредсказуемости преобразования температуры.
• Чрезвычайно чувствителен к колебаниям высоких температур.
• Не удается обнаружить отражения мелких целей из-за их мягкости и тонкости.

Обзор

Чрезвычайно полезные и хорошо сконструированные ультразвуковые преобразователи значительно облегчают уклонение от объектов для навигационных роботов. Он также представляет различные цели в других приложениях. В данном случае это помогает установить его роль в обнаружении объектов и измерении расстояний. Вообще говоря, различные факторы окружающей среды не будут отрицательно влиять на его общую производительность. В результате пыль, солнечный свет и вода не помешают ультразвуковым импульсам достичь места назначения и вернуться обратно. Таким образом, этот компонент может стабильно работать в любое время.

У вас есть вопросы по поводу ультразвукового преобразователя? Свяжитесь с нами!