זיהוי קולי משמש לרוב ביישומים תעשייתיים לאיתור מסלולים נסתרים, אי-רציפות במתכות, חומרים מרוכבים, פלסטיק, קרמיקה ולזיהוי מפלס מים. לשם כך, נעשה שימוש בחוקי הפיזיקה המעידים על התפשטות גלי קול באמצעות חומרים מוצקים מאז חיישנים אולטראסוניים המשתמשים בצליל במקום באור לצורך זיהוי.
מהו העיקרון של איתור אולטרה סאונד?
הגדרת גל קול
צליל הוא גל מכני הנע בין המדיומים, אשר עשוי להיות מוצק, או נוזלי או גז. גלי קול יכולים לנוע במדיומים במהירות ספציפית תלוי באמצעי ההתפשטות. גלי הקול בעלי התדירות הגבוהה משתקפים מגבולות ומייצרים דפוסי הד מובהקים.
חוקי פיזיקה לגלי קול
גלי קול הם בעלי תדרים ספציפיים או מספר תנודות בשנייה. בני אדם יכולים לזהות צלילים בטווח תדרים שבין 20 הרץ ל -20 קילוהרץ. עם זאת, טווח התדרים המועסק בדרך כלל ב זיהוי קולי הוא 100 KHz עד 50 MHz. מהירות האולטראסאונד בזמן ובטמפרטורה מסוימים קבועה במדיום.
W = C / F (או) W = CT
איפה W = אורך הגל
C = מהירות הצליל במדיום
F = תדירות הגל
T = פרק זמן
השיטות הנפוצות ביותר לבדיקה אולטראסונית משתמשים בגלי אורך או בגזירה. גל האורך הוא גל דחיסה בו תנועת החלקיקים נמצאת באותו כיוון של גל התפשטות. גל הגזירה הוא תנועת גל בה תנועת החלקיקים מאונכת לכיוון ההתפשטות. איתור קולי מכניס גלי קול בתדירות גבוהה לאובייקט בדיקה כדי לקבל מידע על האובייקט מבלי לשנות או לפגוע בו בשום צורה שהיא. שני ערכים נמדדים בזיהוי קולי.
משך הזמן שלוקח לצליל לעבור דרך המדיום והמשרעת של האות שהתקבל. בהתבסס על מהירות ועובי זמן ניתן לחשב.
עובי החומר = מהירות צליל חומרית X זמן הקרב
מתמרים לצורך התפשטות גלים וגילוי חלקיקים
לשליחת גלי קול וקבלת הד ישתמשו בחיישנים קולי, המכונים בדרך כלל מקמ'שים או מתמרים. הם עובדים על עיקרון הדומה לרדאר אשר ימיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית בצורה של צליל, ולהיפך.
המתמרים הנפוצים הם מתמרים למגע, מתמרי קרן זווית, מתמרי קו עיכוב, מתמרי טבילה ומתמרים אלמנטים כפולים. מתמרים למגע משמשים בדרך כלל לאיתור חללים וסדקים על המשטח החיצוני של החלק, כמו גם למדידת עובי. מתמרים של קורות זווית משתמשים בעקרון ההשתקפות והמרת המצב כדי לייצר גזירה שבורה או גלים אורכיים בחומר הבדיקה.
מתמרי קו עיכוב הם מתמכי אורכי גל אורכיים המשמשים יחד עם קו עיכוב הניתן להחלפה. אחת הסיבות לבחירת מתמר קווי עיכוב היא שניתן לשפר את הרזולוציה על פני השטח. העיכוב מאפשר לאלמנט להפסיק לרטוט לפני שניתן לקבל אות החזרה מהמחזיר.
היתרונות העיקריים שמציעים מתמרי טבילה על פני מתמרים למגע הם צימוד אחיד מפחית את שינויי הרגישות, הפחתת זמן הסריקה ומגביר את הרגישות למחזירים קטנים.
הפעלת חיישנים קולי:
כאשר מוחל על המתמר הקולי דופק חשמלי של מתח גבוה הוא רוטט על פני ספקטרום תדרים ספציפי ויוצר פרץ של גלי קול. בכל פעם שמכשול כלשהו מגיע לפני החיישן האולטראסוני גלי הקול ישתקפו חזרה בצורה של הד ויוצרים דופק חשמלי. זה מחשב את הזמן שנדרש בין שליחת גלי קול לקבלת ההד. דפוסי ההד יושוו עם דפוסי גלי הקול כדי לקבוע את מצב האות שזוהה.
3 יישומים הכוללים איתור אולטרה סאונד:
מרחק המכשול או הפסקות המתכות קשור למהירות גלי הקול במדיום שדרכו עוברים גלים ולזמן שנדרש לקבלת הד. מכאן שניתן להשתמש בזיהוי האולטראסוני למציאת המרחקים בין חלקיקים, לאיתור הפסקות במתכות ולציון רמת הנוזל.
- מדידת מרחק קולי
חיישנים קולי משמשים ליישומים למדידת מרחק. גאדג'טים אלה מעבירים באופן קבוע פרץ קצר של צליל קולי למטרה, המשקף את הצליל בחזרה לחיישן. לאחר מכן המערכת מודדת את זמן החזרת ההד לחיישן ומחשבת את המרחק ליעד באמצעות מהירות הקול בתוך המדיום.
מתמרים מסוגים שונים משמשים במכשירי ניקוי קולי נגישים תעשייתית. מתמר קולי מודבק על תבנית נירוסטה שממלאה בממיס ומופעל עליה גל מרובע, ומעניק אנרגיית רטט לנוזל.
חיישן מרחק קולי
חיישני מרחק קולי מודדים מרחק באמצעות סונאר מועבר פעימה אולטראסונית (הרבה מעל שמיעה אנושית) מהיחידה ומרחק ליעד נקבע על ידי מדידת הזמן הנדרש להחזרת ההד. הפלט מהחיישן הקולי הוא פעימה ברוחב משתנה שמשווה למרחק ליעד.
8 תכונות של חיישן מרחק קולי:
- מתח אספקה: 5V (DC).
- זרם אספקה: 15mA.
- תדר אפנון: 40Hz.
- פלט: 0 - 5 וולט (תפוקה גבוהה כאשר מכשול מזוהה בטווח).
- זווית קרן: מקסימום 15 מעלות.
- מרחק: 2 ס'מ - 400 ס'מ.
- דיוק: 0.3 ס'מ.
- תקשורת: דופק TTL חיובי.
הפעלה של חיישן מרחק קולי:
מודול החיישן הקולי כולל משדר ומקלט אחד. המשדר יכול לספק צליל קולי 40 קילו-הרץ ואילו המקלט המרבי מיועד לקבל גלי קול של 40 קילו-הרץ בלבד. חיישן האולטראסאונד המקלט שנשמר ליד המשדר יוכל לפיכך לקבל לידי ביטוי 40 קילוהרץ, ברגע שהמודול מתמודד עם מכשול כלשהו מלפנים. לכן בכל פעם שמגיעים מכשולים לפני המודול האולטראסוני, הוא מחשב את הזמן שנדרש משליחת האותות לקליטתם מכיוון שזמן ומרחק קשורים לגלי קול העוברים במדיום אוויר במהירות 343.2m / sec. עם קבלת האות תוכנית MC בזמן הביצוע מציגה את הנתונים כלומר המרחק שנמדד על גבי LCD מממשק למיקרו-בקר ב cms.
מעגל חיישן מרחק קולי
באופן אופייני, יישומי רובוטיקה פופולאריים מאוד, אך תמצא מוצר זה שימושי במערכות אבטחה או כתחליף אינפרא אדום אם תרצה בכך.
- מתמר קולי לזיהוי מפלס מים
איתור קולי
תרשים חסימה לבקר רמת נוזלים ללא מגע
בקר מפלס נוזלים ללא מגע
תרשים המעגל שלעיל מראה את בקר מפלס נוזלים ללא מגע בתרשים זה מודול החיישן האולטראסוני מתממשק למיקרו-בקר. בכל פעם שמרחק הרמה הנמדד בס'מ נופל מתחת לנקודת מוגדרת, המשאבה מתחילה בחישה של האות היוצא וקבלת הרמה המגיעה אל המתמר הקולי המוזן למיקרו-בקר. כאשר המיקרו-בקר מקבל את האות מהמתמר הקולי, הוא מפעיל את הממסר באמצעות MOSFET שהפעיל את המשאבה או כיבתה.
- איתור מכשולים אולטרה סאונד
חיישנים קולי משמשים לאיתור נוכחות מטרות ומדידת המרחק למטרות במפעלי עיבוד רובוטיים ומתקני עיבוד רבים. חיישנים עם פלט דיגיטלי ON או OFF זמינים לזיהוי נוכחות של אובייקטים וחיישנים עם פלט אנלוגי המשתנים ביחס לחיישן למרחק ההפרדה היעד זמינים מסחרית.
חיישן מכשולים אולטרסאונד מורכב מערכה של מקלט ומשדר קולי הפועלים באותו תדר. הנקודה כשמשהו נע באזור מאובטח את הקיזוז הדק של המעגל מוחמרת והמזמזם / האזעקה מופעלים.
חיישן מכשולים קולי
מאפיינים:
- צריכת חשמל של 20mA
- דופק / יציאת תקשורת
- זווית קבלה צרה
- מספק הערכות הפרדה מדויקות ללא מגע בטווח של 2 ס'מ עד 3 מ '
- נורית נקודת הפיצוץ מראה אומדנים בהתקדמות
- כותרת בת 3 פינים מקלה על החיבור באמצעות קישור לפיתוח סרוו
מפרטים:
- ספק כוח: 5V DC
- זרם שקט:<15mA
- זווית אפקטיבית:<15°
- מרחק טווח: 2 ס'מ - 350 ס'מ
- רזולוציה: 0.3 ס'מ
- מחזור פלט: 50ms
החיישן מזהה עצמים על ידי פליטת פרץ קולי קצר ואז האזנה לסביבה. בשליטה של מיקרו-בקר מארח, החיישן פולט פיצוץ קצר של 40 קילו-הרץ. פיצוץ זה מעז או עובר באוויר פוגע במאמר ואחריו מקפיץ שוב אל החיישן.
החיישן מספק דופק פלט למארח שיסתיים כאשר האקו מזוהה ומכאן שרוחב הדופק אחד למשנהו נלקח לחישוב על ידי תוכנית כדי לספק תוצאות במרחק של האובייקט.
כעת הבנתם את היישומים ואת הרעיון הבסיסי של זיהוי אולטרסאונד אם ישנן שאלות בנושא זה או בנושא החשמל בקר מפלס נוזלים ללא מגע השאר את סעיף ההערות למטה.
