Ultraschall-Wandler-Schaltungen:Wollten Sie schon immer die Entfernung eines Objekts von einem bestimmten Ziel messen? Sie können zu diesem Zweck einen Ultraschallsender verwenden, der über einen Ultraschallsensor verfügt. Elektronische Schaltungen verfügen im Allgemeinen über diese Komponente, um Ultraschallwellen zu erzeugen. Infolgedessen kann es dann die Nähe eines Objekts messen. Daher machen diese Funktionen sie äußerst nützlich für Roboternavigationszwecke. Nicht nur das, sondern diese Art von Wandler hat auch verschiedene Anwendungen in vielen Bereichen, einschließlich Industrie, Medizin, Automatisierung und vieles mehr!
In diesem Artikel werden die Ultraschallwandlerschaltungen vorgestellt, damit Sie ihre Fähigkeiten verstehen können. Also lasst uns loslegen!
Ultraschall-Wandler-Schaltungen:Was ist ein Ultraschallwandler?
Ein Ultraschallwandler
Ein Ultraschallwandler dient als schallbezogener Sensor, der einen Energietyp in Ultraschallenergie umwandelt. Dieses Gerät überträgt elektrische Signale an ein Objekt und sendet sie dann an den Wandler zurück. Während dies geschieht, misst es die Entfernung des Objekts und nicht die Signalstärke. Es ist auch auf Ultraschallwellen angewiesen, um bestimmte Parameter zu messen. Außerdem ist sein Ultraschallwellenfrequenzbereich höher als 20 kHz, was ihn ideal für die Messung von Entfernungen macht.
Ein 40kHz Ultraschallwandler.
Quelle: Wikimedia Commons
Alles in allem erkennt dieser Wandlertyp verschiedene Materialien, einschließlich metallischer, nichtmetallischer, transparenter und farbiger Objekte. Es wird auch Flüssigkeiten, Feststoffe und feine Substanzen identifizieren.
Die interne Struktur eines Ultraschallsensors.
Quelle: Wikimedia Commons
Das Gerät verfügt über einen Träger, eine Verschleißplatte und ein aktives Element. In diesem Fall wandelt der Kristall oder das Piezoelektrikum, das als aktives Element dient, elektrische Energie in Ultraschallenergie um. Infolgedessen nimmt das Gerät Ultraschallenergie auf und wandelt sie in elektrische Energie um. Natürlich kehrt es auch diesen Transformationsprozess um.
Darüber hinaus verfügt der Wandler über einen Empfänger, einen Sender, eine Stromversorgung und einen Steuerungsmechanismus. Mittlerweile verfügt der Sender über einen 15mm Keramikvibrator. Diese Sensoren funktionieren identisch mit einem Ultraschalllautsprecher und -mikrofon und erzeugen und empfangen hochfrequente Schallwellen.
Dieser Wandler läuft bei niedriger Temperatur für Diagnosezwecke aufgrund des hohen Curie-Punktes der piezoelektrischen Materialien und verbraucht nur minimalen Stromverbrauch. Es kann auch für eine längere Zeit betrieben werden, ohne die Schaltung zu beeinträchtigen. Inzwischen arbeiten medizinische Wandler bei hohen Temperaturen. Diese verlassen sich in der Regel auf Kühlgeräte, die helfen, Schäden zu vermeiden.
Ultraschall-Wandler-Schaltungen:Funktionsprinzip des Ultraschallwandlers
Die Ultraschallsonde kann Defekte oder Unvollkommenheiten in einer Stahlplatte aufweisen.
Das Anlegen eines elektrischen Signals an den Ultraschallwandler führt dazu, dass er Schallwellen erzeugt. Die Schallwellen reflektieren dann das Echosignal des Schallwandlers, nachdem sie Störungen erkannt haben. Es vibriert auch innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs. Dadurch wird das Echo in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Danach misst das Gerät, wie lange es dauert, die Schallwelle zu liefern und das Echo zu empfangen. Der Ultraschallimpuls wird in die Luft freigesetzt, wenn der Sensor mit einer Frequenz von 40 kHz arbeitet.
Leuchtstofflampen können die Fähigkeit des Schallkopfes, Objekte zu erkennen, nicht beeinträchtigen.
Insgesamt können schwarze Materialien, Rauch, Sonnenlicht, Leuchtstoffröhren und Staub die Leistung des Schallkopfes nicht beeinträchtigen. Daher hat es einen deutlichen Vorteil gegenüber Infrarotsensoren. Darüber hinaus bietet ein Ultraschallsensor hervorragende Rauschunterdrückungsfähigkeiten. Hohe Temperaturschwankungen führen jedoch zu Störungen bei der Objekterkennung.
Dieses Gerät stützt sich auch auf Ultraschallwellen, um die Entfernung mit der folgenden Formel zu berechnen:
D = 1/2 * T * C
In diesem Fall stellt D die Entfernung dar, und T bezieht sich auf das Zeitintervall für das Senden und Empfangen von Ultraschallwellen. Inzwischen steht C für die Schallgeschwindigkeit.
Ultraschall-Wandler-Schaltungen:Ultraschallwandler-Schaltung
Erforderliche Komponenten:
555 IC – 1x
2N2222 Transistor – 1x
Ultraschallwandler – 1x
1k Widerstand – 2x
2k Widerstand – 1x
5k Widerstand – 1x
0.01fuF Kondensator – 1x
3.3nF Kondensator – 1x
Ultraschall-Wandler-Schaltungen–Funktionsprinzip:
Viele Ultraschall-Transmitterschaltungen verfügen über einen 555-IC-Timer.
Quelle: Wikimedia Commons
Im Allgemeinen dient der IC 555, der im astablen Multivibrator-Modus arbeitet, als Oszillator. Dies erzeugt konstante serielle Rechteckwellenimpulse, die 40 kHz erreichen. In der Zwischenzeit setzt die Gleichung F= 1..44/((R2+2R1)C2 den Ausgangsfrequenzwert fest. Gleichzeitig liefern die elektronischen Komponenten R1, R2 und R3 40 KHz an den Ausgang.
Es verfügt auch über einen Ultraschallwandler, der einen Eingangsimpuls bei passenden Frequenzen in Ultraschallwellen umwandelt. Diese enthalten piezoelektrische Kristalle, die ihre Größe ändern können, sobald sie Spannung erhalten. Die Quarze schwingen nach dem Empfang eines Eingangssignals und zwingen sie, hochfrequente Schallwellen zu erzeugen.
Gleichzeitig treibt der Transistor 2N2222 den Wandler an. Sie können Oszillatoren implementieren, die von Quarzen umgeben sind, anstatt eines 555 für eine stabile Oszillation.
Ultraschall-Wandler-Schaltungen:Ultraschallwandler-Typen
Verschiedene Ultraschallwandlertypen gibt es heute auf dem Markt. Diese enthalten wesentliche Parameter, einschließlich Frequenz, Footprint und anordnung des piezoelektrischen Kristalls. Im Folgenden finden Sie die effizientesten Typen:
Linearer Typ: Dieser Wandlertyp verfügt über einen piezoelektrischen Kristall mit einem linearen Array.
Phased Array: Mit einem reduzierten Platzbedarf unterstützt das Phased Array niedrige Frequenzen von 2 MHz bis 7 MHz.
Norm: Dieser Typ, der auch als konvexer Ultraschallwandler oder normaler Ultraschallwandler bezeichnet wird, enthält einen gekrümmten piezoelektrischen Kristall. Sie werden sehen, wie diese in umfangreichen Testanwendungen implementiert werden.
Darüber hinaus können Sie Verzögerungslinienaufnehmer, Kontaktaufnehmer, Dual-Element-Aufnehmer, Tauchwandler und Winkelstrahlaufnehmer verwenden. Natürlich haben diese verschiedenen Typen zerstörungsfreie Prüfanwendungen.
Ultraschall-Wandler-Schaltungen:Anträge
Eine Ultraschallsonde enthält den Ultraschallwandler.
Der Ultraschallwandler hat unterschiedliche Anwendungen in einer Vielzahl von Bereichen. Wir haben unten einige aufgelistet.
Diagnostische Tests, Krebsbehandlungen, Herz- und Augenuntersuchungen sowie interne Organtests im medizinischen Bereich.
Objekterkennung
Messen von Abständen zwischen einem Ziel und dem Objekt
Dieses Bild zeigt, wie ein Ultraschallsensor Objekte und deren Entfernung erkennen kann.
Quelle: Wikimedia Commons
Automatisierung
Bestandskontrolle
Kleine Fehler erkennen
Ein Ultraschallwandler kann kleinere Fehler erkennen. Quelle: Wikimedia Commons
Füllstands- und Durchflussmessungen
Biomedizinisch
Macht
Füllstandskontrolle und -überwachung
Produktlinienmanagement
Erkennung von Drahtbrüchen
Vor- und Nachteile
Profis:
Ultraschallwandler können feste, flüssige oder gasförmige Wandler erkennen. Wir haben die Vorteile eines Ultraschallwandlers unten aufgelistet:
In der Lage, alle Substanztypen zu erkennen und verschiedene Materialien zu messen.
Temperatur, Staub und Wasser beeinträchtigen die Leistung nicht.
Funktioniert in jeder Umgebung mit geeigneten Bedingungen.
Wird häufig für Messungen mit hohen Erfassungsintervallen verwendet.
Im Folgenden sind die Nachteile von Ultraschallwandlern aufgeführt:
Nachteile:
Hohe Temperaturschwankungen können den Wandler beeinflussen.
Erkennungsänderungen treten als Folge der Unvorhersehbarkeit der Temperaturkonvertierung auf.
Extrem empfindlich gegenüber hohen Temperaturschwankungen.
Reflexionen kleiner Ziele können aufgrund ihrer weichen und dünnen Eigenschaften nicht erkannt werden.
Zusammenfassung
Extrem nützliche und gut gebaute Ultraschallwandler erleichtern die Objektvermeidung für Navigationsroboter erheblich. Es stellt auch unterschiedliche Zwecke in anderen Anwendungen dar. In diesem Fall hilft dies, seine Rolle bei der Objekterkennung und Entfernungsmessung zu etablieren. Im Allgemeinen wirken sich unterschiedliche Umweltfaktoren nicht negativ auf die Gesamtleistung aus. Infolgedessen verhindern Staub, Sonnenlicht und Wasser nicht, dass die Ultraschallimpulse ihr Ziel erreichen und zurückkehren. So kann diese Komponente jederzeit konsistent arbeiten.
Haben Sie Fragen zum Ultraschallwandler? Zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren!
