Deteksi ultrasonik paling sering digunakan dalam aplikasi industri untuk mendeteksi trek tersembunyi, diskontinuitas pada logam, komposit, plastik, keramik, dan untuk deteksi ketinggian air. Untuk tujuan ini, hukum fisika yang menunjukkan perambatan gelombang suara melalui bahan padat telah digunakan karena sensor ultrasonik menggunakan suara sebagai pengganti cahaya untuk deteksi.
Apa prinsip Deteksi Ultrasonik?
Mendefinisikan gelombang suara
Suara adalah gelombang mekanis yang merambat melalui medium, yang bisa berupa padatan, atau cairan atau gas. Gelombang suara dapat merambat melalui medium dengan kecepatan tertentu bergantung pada medium perambatannya. Gelombang suara yang memiliki frekuensi tinggi dipantulkan dari batas-batas dan menghasilkan pola gema yang khas.
Hukum fisika untuk gelombang suara
Gelombang suara memiliki frekuensi atau jumlah osilasi tertentu per detik. Manusia dapat mendeteksi suara dalam rentang frekuensi dari sekitar 20Hz hingga 20 KHz. Namun, rentang frekuensi biasanya digunakan di deteksi ultrasonik adalah 100 KHz hingga 50MHz. Kecepatan USG pada waktu dan suhu tertentu konstan dalam suatu medium.
W = C / F (atau) W = CT
Dimana W = Panjang gelombang
C = Kecepatan suara dalam suatu medium
F = Frekuensi gelombang
T = Jangka Waktu
Metode pemeriksaan ultrasonik yang paling umum menggunakan gelombang longitudinal atau gelombang geser. Gelombang longitudinal merupakan gelombang kompresi dimana gerakan partikel searah dengan gelombang rambat. Gelombang geser adalah suatu gerakan gelombang yang gerakan partikelnya tegak lurus dengan arah rambat. Deteksi ultrasonik memasukkan gelombang suara frekuensi tinggi ke objek uji untuk mendapatkan informasi tentang objek tanpa mengubah atau merusaknya dengan cara apa pun. Dua nilai diukur dalam deteksi ultrasonik.
Jumlah waktu yang dibutuhkan suara untuk bergerak melalui medium dan amplitudo dari sinyal yang diterima. Berdasarkan kecepatan dan ketebalan waktu dapat dihitung.
Ketebalan material = Kecepatan suara material X Time of Fight
Transduser untuk Propagasi Gelombang dan deteksi partikel
Untuk mengirimkan gelombang suara dan menerima gema, akan digunakan sensor ultrasonik yang biasa disebut transceiver atau transduser. Mereka bekerja dengan prinsip yang mirip dengan radar yang akan mengubah energi listrik menjadi energi mekanik dalam bentuk suara, dan sebaliknya.
Transduser yang umum digunakan adalah transduser kontak, transduser sinar sudut, transduser delay line, transduser imersi, dan transduser elemen ganda. Transduser kontak biasanya digunakan untuk menemukan lubang dan retakan pada permukaan luar suatu bagian serta mengukur ketebalan. Transduser berkas sudut menggunakan prinsip refleksi dan konversi mode untuk menghasilkan gelombang geser atau longitudinal yang dibiaskan pada bahan uji.
Transduser garis tunda adalah transduser gelombang longitudinal elemen tunggal yang digunakan bersama dengan garis tunda yang dapat diganti. Salah satu alasan memilih transduser garis tunda adalah karena resolusi dekat permukaan dapat ditingkatkan. Penundaan ini memungkinkan elemen berhenti bergetar sebelum sinyal balik dari reflektor dapat diterima.
Keuntungan utama yang ditawarkan oleh transduser pencelupan dibandingkan transduser kontak adalah Kopling seragam mengurangi variasi sensitivitas, Pengurangan waktu pemindaian, dan meningkatkan kepekaan terhadap reflektor kecil.
Pengoperasian sensor ultrasonik:
Ketika pulsa listrik bertegangan tinggi diterapkan ke transduser ultrasonik, ia bergetar melintasi spektrum frekuensi tertentu dan menghasilkan semburan gelombang suara. Setiap kali ada hambatan di depan sensor ultrasonik, gelombang suara akan dipantulkan kembali dalam bentuk gema dan menghasilkan pulsa listrik. Ini menghitung waktu yang dibutuhkan antara mengirim gelombang suara dan menerima gema. Pola gema tersebut akan dibandingkan dengan pola gelombang suara untuk mengetahui kondisi sinyal yang terdeteksi.
3 Aplikasi yang melibatkan deteksi Ultrasonik:
Jarak hambatan atau diskontinuitas dalam logam berhubungan dengan kecepatan gelombang suara dalam medium yang dilalui gelombang dan waktu yang dibutuhkan untuk penerimaan gema. Oleh karena itu, deteksi ultrasonik dapat digunakan untuk menemukan jarak antar partikel, untuk mendeteksi diskontinuitas dalam logam, dan untuk menunjukkan level cairan.
- Pengukuran Jarak Ultrasonik
Sensor ultrasonik digunakan untuk aplikasi pengukuran jarak. Gadget ini secara teratur mengirimkan ledakan singkat suara ultrasonik ke target, yang memantulkan suara kembali ke sensor. Sistem kemudian mengukur waktu gema kembali ke sensor dan menghitung jarak ke target menggunakan kecepatan suara dalam medium.
Berbagai jenis transduser digunakan dalam perangkat pembersih ultrasonik yang dapat diakses secara industri. Transduser ultrasonik ditempelkan ke panci baja tahan karat yang diisi dengan pelarut dan gelombang persegi diterapkan padanya, memberikan energi getaran pada cairan.
Sensor Jarak Ultrasonik
Sensor jarak ultrasonik mengukur jarak menggunakan sonar. Denyut ultrasonik (jauh di atas pendengaran manusia) ditransmisikan dari unit dan jarak-ke-target ditentukan dengan mengukur waktu yang diperlukan untuk gema kembali. Keluaran dari sensor ultrasonik adalah denyut lebar variabel yang sebanding dengan jarak ke target.
8 Fitur Sensor Jarak Ultrasonik:
- Tegangan suplai: 5V (DC).
- Pasokan saat ini: 15mA.
- Frekuensi modulasi: 40Hz.
- Output: 0 - 5V (Output tinggi saat hambatan terdeteksi dalam jangkauan).
- Beam Angle: Maksimal 15 derajat.
- Jarak: 2cm - 400cm.
- Akurasi: 0,3 cm.
- Komunikasi: Denyut TTL positif.
Pengoperasian Sensor Jarak Ultrasonik:
Modul sensor ultrasonik terdiri dari satu pemancar dan satu penerima. Pemancar dapat mengirimkan suara ultrasonik 40 KHz sedangkan penerima maksimum dirancang untuk hanya menerima gelombang suara 40 KHz. Sensor ultrasonik penerima yang disimpan di sebelah pemancar dengan demikian harus dapat menerima pantulan 40 KHz, begitu modul menghadapi kendala di depan. Jadi, setiap kali ada hambatan di depan modul ultrasonik, ia menghitung waktu yang dibutuhkan dari mengirim sinyal untuk menerimanya karena waktu dan jarak terkait untuk gelombang suara yang melewati media udara pada 343,2 m / detik. Setelah menerima sinyal program MC saat dijalankan menampilkan data yaitu jarak yang diukur pada LCD dihubungkan dengan mikrokontroler dalam cms.
Sirkuit Sensor Jarak Ultrasonik
Secara karakteristik, aplikasi robotika sangat populer tetapi Anda juga akan menemukan produk ini berguna dalam sistem keamanan atau sebagai pengganti inframerah jika diinginkan.
- Transduser ultrasonik untuk deteksi ketinggian air
Deteksi Ultrasonik
Diagram blok untuk pengontrol level cairan nirkontak
pengontrol level cairan tanpa kontak
Diagram sirkuit di atas menunjukkan pengontrol level cairan tanpa kontak dalam diagram ini modul sensor ultrasonik dihubungkan dengan mikrokontroler. Setiap kali jarak level yang diukur dalam cm jatuh di bawah titik setel, pompa mulai dengan merasakan sinyal yang keluar dan menerima level yang datang ke transduser ultrasonik yang diumpankan ke mikrokontroler. Ketika mikrokontroler menerima sinyal dari transduser ultrasonik, ia mengaktifkan relai melalui MOSFET yang mengoperasikan pompa ON atau OFF.
- Deteksi Kendala Ultrasonik
Sensor ultrasonik digunakan untuk mendeteksi keberadaan target dan mengukur jarak ke target di banyak pabrik pemrosesan dan pabrik proses robot. Sensor dengan output digital ON atau OFF tersedia untuk mendeteksi keberadaan objek dan sensor dengan output analog yang berubah relatif terhadap sensor ke jarak pemisah target tersedia secara komersial.
Sensor hambatan ultrasonik terdiri dari seperangkat penerima dan pemancar ultrasonik yang beroperasi pada frekuensi yang sama. Titik ketika sesuatu bergerak di zona aman diimbangi halus sirkuit diperburuk dan bel / alarm dipicu.
Sensor Kendala Ultrasonik
Fitur:
- Konsumsi daya 20mA
- Pulsa masuk / keluar komunikasi
- Sudut penerimaan yang sempit
- Memberikan estimasi pemisahan non-kontak yang tepat dalam jarak 2cm hingga 3m
- LED titik ledakan menunjukkan perkiraan kemajuan
- Header 3-pin memudahkan untuk menghubungkan menggunakan tautan pengembangan servo
Spesifikasi:
- Catu daya: 5V DC
- Arus diam:<15mA
- Sudut efektif:<15°
- Jarak berkisar: 2cm - 350 cm
- Resolusi: 0,3 cm
- Siklus keluaran: 50ms
Sensor mendeteksi objek dengan memancarkan ledakan ultrasonik singkat dan kemudian mendengarkan eko. Di bawah kendali mikrokontroler host, sensor memancarkan ledakan pendek 40 kHz. Ledakan ini terjadi atau berjalan melalui udara mengenai sebuah benda dan kemudian memantul sekali lagi ke sensor.
Sensor memberikan pulsa output ke host yang akan berhenti ketika gema terdeteksi, maka lebar satu pulsa ke pulsa berikutnya dimasukkan ke dalam perhitungan oleh program untuk memberikan hasil dalam jarak objek.
Sekarang Anda telah memahami aplikasi dan konsep dasar deteksi ultrasonik jika ada pertanyaan tentang topik ini atau tentang kelistrikan dan pengontrol level cairan tanpa kontak tinggalkan bagian komentar di bawah.
