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Die Anzahl der Wellen oder Signale, die in einem festen Zeitintervall auftreten, gibt die Frequenz an und wird in Hertz (Hz) gemessen. Basierend auf den Frequenzwerten wird der Frequenzbereich variiert und bestimmt. Wenn der erzeugte Schall einen höheren Pegel als der menschliche Hörbereich aufweist, handelt es sich um Ultraschall mit einem Frequenzspektrum von über 20 kHz. Das Gerät, das den Ultraschall erzeugen oder erfassen kann, wird als Ultraschallwandler und Ultraschallsensor bezeichnet.

Die verschiedenen frequenz bereiche sind Sehr Niedrigen Frequenz-3 zu 30 kHz (VLF), Niedrigen Frequenz-30 khz zu 300 kHz (LF), Medium Frequenz-300 zu 3000 kHz (MF), Hohe Frequenz-3 mhz zu 30 MHz (HF), Sehr Hohe Frequenz-30 mhz zu 300 MHz (VHF), Ultra Hohe Frequenz-300 mhz zu 3000 MHz (UHF), Super Hochfrequenz- 3GHz bis 30GHz (SHF) und Hochfrequenzbereich (EHF) – 30GHz bis 300GHz. Dieser Artikel gibt eine kurze Beschreibung des Arbeitsprinzips und der Schaltung eines Ultraschallwandlers.

Was ist ein Ultraschallwandler?

Definition: Ein Ultraschallwandler bezieht sich auf kapazitiven Wandler oder piezoelektrischen Wandler, der elektrische Energie in Ultraschallenergie und umgekehrt umwandeln kann. Es ist eine der Arten von Schallwandlern. Der Frequenzspektrumbereich dieser Ultraschall- oder Ultraschallwelle liegt über 20 kHz und wird je nach Anwendung bei 200 kHz verwendet.

Diese werden in der zerstörungsfreien Prüfung, beim Messen von Materialien und bei der Identifizierung kleiner Fehler aufgrund der niedrigeren Wellenlänge des Ultraschalls verwendet. Diese sind wichtig in Sensoren für Füllstand- und Durchflussmessung, Abstandsberechnung sowie in biomedizinischen, Leistungs- und anderen Ultraschallanwendungen. Es hat eine breite Palette von Anwendungen in verschiedenen Bereichen.

Ultraschallwandler arbeiten

Wenn dieser Wandler die elektrischen Signale auf das Ziel überträgt, trifft das Signal auf das Objekt und kehrt zum Wandler zurück. Hier wird die Entfernung des Objekts berechnet und nicht die Amplitude des Signals und die Klangqualität. Diese Wandler verwenden Ultraschallwellen, um einige Parameter zu berechnen, aber werden gewöhnlich in der Abstandsmessung verwendet.

Dieser Wandler hängt von der Empfindlichkeit oder Auflösung ab. Die Fähigkeit des Wandlers, Signale zu trennen, die durch die zwei nahen Reflektoren gebildet werden, wird Auflösung genannt. Die Fähigkeit des Wandlers, den Fehler in den Substanzen zu erkennen, wird als Empfindlichkeit bezeichnet. Ein extrem gedämpfter Wandler hilft, das reflektierte Signal zu senken und erlaubt dem Wandler, die nah beieinander liegenden Störungen zu studieren. Zum Wandler sollte höhere Entschließung und Empfindlichkeit mit großen polarisierten keramischen Materialien und Kristallen haben, um seinen Prozess zu ändern.

Dieses System kann Ultraschallschwingungen empfangen und erzeugen. Es besteht aus einer Verschleißplatte, einem Träger und einem aktiven Element. Ein piezoelektrischer oder der Einkristall ist ein aktives Element im Wandler, der die elektrische Signalenergie in Ultraschallenergie umwandeln oder umwandeln kann und auch die Ultraschallenergie zurückholen und in elektrische Energie umwandeln kann. Ein Gerät, das als Fehlerdetektor bezeichnet wird, erzeugt den elektrischen Impuls.

Bei der zerstörungsfreien Prüfung (NDT) wandelt dieser Wandler den von der Prüfvorrichtung erzeugten elektrischen Energieimpuls in mechanische Energie in den Schallwellen um, die sich innerhalb der Prüfvorrichtung bewegen. Die Schallwellen können von der Testvorrichtung zurück übertragen werden, um sich durch den Wandler in einen elektrischen Energieimpuls umzuwandeln, der durch das Testsystem ausgeführt und demonstriert werden kann.

Um die Schallwellen in einem höheren Frequenzbereich und über dem menschlichen Hörniveau zu erzeugen und wiederzugewinnen, fungieren die Wandler als Ultraschalllautsprecher und Mikrofone. Dieser Wandler wird aus einem Übermittler, einem Empfänger, einem Steuerteil und einer Stromversorgung verfasst. Der Sender enthält einen Sender und einen Keramikvibrator mit einem Durchmesser von etwa 15 mm.

Die funktion der sender wandler ist zu verwandeln die elektrische energie der keramik vibrator in ultraschall energie und strahlt in die luft. Während der Empfängerwandler eine Verstärkerschaltung und einen Verstärker enthält. Es empfängt die Schallwelle / Ultraschallwelle, um mechanische Schwingungen zu erzeugen und wandelt sie in elektrische Energie um.

Diese umgewandelte elektrische Energie ist der Ausgang dieses Wandlerempfängers und dient zur Erkennung der übertragenen Ultraschallenergie. Der Steuerabschnitt dieses Wandlers steuert die Kettenfrequenz von Energieimpulsen, das Tastverhältnis, das Zählen, die Entfernungserkennung durch den Sender und die spärliche Modulation. Die stromversorgung erforderlich kann DC 24 V +-10% oder DC 12 V +-10%

Dieser Wandler benutzt das akustische Medium, um berührungslose und abnutzungsfreie Gegenstände zu ermitteln. Sie können jede Art von Materialien und Substanzen wie transparente Objekte, farbige Objekte, metallische und nichtmetallische Objekte, Feststoffe, Flüssigkeiten und auch pulverförmige Substanzen identifizieren. Seine Leistung der Entdeckung wird durch Umweltbedingungen wie Staub, Rauch, Wasser, etc. beeinflußt.

Die Leistung dieses Wandlers hängt von der Herstellung des Wafers ab und sollte einen großen elektromechanischen Kopplungskoeffizienten mit hoher Empfindlichkeit aufweisen. Die Betriebsfrequenz dieses Wandlers ist die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Materials. Die Frequenz der angelegten Wechselspannung ist gleich der Resonanzfrequenz des Chips, der die höchste Ausgangsenergie und die höchste Empfindlichkeit aufweist.

Wegen des hohen Curie-Punktes der piezoelektrischen Materialien, verwendet der Wandler niedrige Energie und niedrige Betriebstemperatur für Diagnose und arbeitet längere Zeiträume ohne irgendeinen Stromkreisschaden. Die medizinischen Ultraschallwandler-Sonden haben hohe Temperaturen und erfordern unterschiedliche abkühlende Ausrüstung, den Zusammenbruch zu verhindern.

Ultraschallwandler-Funktionsprinzip

Die Schallwelle wird produziert, wenn ein elektrisches Signal an einen Ultraschallwandler angewendet wird und sie während der spezifizierten Strecke der Frequenz vibriert. Diese Schallwellen wandern und senden die Daten des Wandlers (oder die Reflexion des Echos des Wandlers) zurück, wenn eine Hürde / Interferenz auftritt. Somit werden die Daten in elektrische Signale umgewandelt.

Der Transducer bestimmt das Zeitintervall zwischen der gesendeten Schallwelle und dem empfangenen Echosignal. Das Ultraschallwandler-Funktionsprinzip basiert auf der Umwandlung einer Form von Energie zu einer anderen Form. Das grundlegende Diagramm des Ultraschallwandlers, der sein Funktionsprinzip und die Komponenten beschreibt, wird unten gezeigt.

Bei 40 kHz wird der Ultraschallimpuls von dem Ultraschallwandler übertragen, der sich durch die Luft bewegt. Diese art von wandler ist mehr bevorzugt als jede andere infrarot sensor weil sie sind nicht beeinflusst durch staub, smote, schwarz materialien, etc. Die Ultraschallwandler arbeiten effizient bei der Unterdrückung von Rauschverzerrungen.

Zur Auswertung der Entfernung nutzen die Ultraschallwandler Ultraschallwellen. Die Formel zur Berechnung der Entfernung lautet:

D = ½ * T * C

Wobei ‚D‘ die Entfernung ist.

‚T‘ gibt die Zeitlücke zwischen dem Senden und Empfangen von Ultraschallwellen durch den Wandler an

‚C‘ ist die Schallgeschwindigkeit

Ultraschallwandlerschaltung

Es gibt zwei Ultraschallwandler–Hauptschaltungen – eine für den Sender und die andere für den Empfänger. Sie sind mit CMOS-Technologie oder einem 555-Timer ausgestattet. Der Ultraschallwandlersender und -empfänger funktionieren mit der gleichen Frequenz.

Wenn der Ultraschallsender die Ultraschallwellen in Richtung des jeweiligen Ziels sendet und Schallwellen auf das Objekt treffen, werden die Schallsignale in elektrische und Ultraschallsignale umgewandelt. Die Ultraschallwandlerschaltung für den Sender ist unten dargestellt.

Nach dem Auftreffen der Ultraschallwellen auf das Ziel empfängt der Ultraschallwandlerempfänger die Signale und wandelt sie in elektrische Signale um. Der Ultraschallwandlerempfängerschaltplan wird unten gezeigt.

Ultraschallwandlertypen

Es gibt verschiedene Arten von Wandlern, die auf wichtigen Faktoren wie Grundfläche, Frequenz und Anordnung eines piezoelektrischen Kristalls basieren. Das Folgende sind die leistungsfähigen Ultraschallwandlerarten, die unten gegeben werden.

Linearer Typ: Bei diesem Wandlertyp ist die Anordnung eines piezoelektrischen Kristalls linear.

Phasengesteuerte Anordnung: Diese Art des Wandlers hat einen begrenzten Abdruck und Niederfrequenzbereiche von 2MHz-7MHz

Standard: Er ist alias normaler Ultraschallwandler oder konvexer Ultraschallwandler. Die Form eines piezoelektrischen Kristalls ist bei diesem Typ kurvig. Es wird hauptsächlich für eingehende Testanwendungen bevorzugt.

Es gibt verschiedene Arten von Wandlern für die zerstörungsfreie Prüfung, z. B. Verzögerungsleitungswandler, Winkelstrahlwandler, Kontaktwandler, Eintauchwandler und Doppelelementwandler.

Bitte beachten sie diesen link zu wissen mehr über Ultraschall Sensor MCQs

Vorteile & Nachteile

Die vorteile von ultraschall wandler umfassen die folgenden.

• Sie können jede Art von Material messen und jede Art von Substanz erfassen.
• Sie werden nicht durch Temperatur, Wasser, Staub oder andere Faktoren beeinflusst.
• Sie funktionieren in einer relevanten Bedingung unter jeder möglicher Umwelt.
• Diese sind wichtig, um hohe Erfassungsintervalle zu messen.

Einige der Ultraschallwandler Nachteile sind wie folgt,

• Diese reagieren empfindlich auf sofortige und hohe Temperaturschwankungen
• Die Änderung der Detektionsfähigkeit ist auf die unvorhergesehenen Temperaturumwandlungen zurückzuführen.
• Schwierig, die Reflexionen von den kleinen Zielen zu bestimmen, die zu weich und dünn sind. Es werden jedoch neue Experimente durchgeführt, um diese Probleme anzugehen.

Anwendungen

Die verschiedenen Anwendungen des Ultraschallwandlers umfassen,

• Verwendet auf den verschiedenen Gebieten wie industriellem, medizinischem, etc.
• Ultraschallwellen werden verwendet, um das Ziel zu erkennen und den Abstand zwischen dem Objekt und dem Ziel zu messen.
• Wird verwendet, um die Position des Objekts zu identifizieren und den Zustand des Ziels zu bewerten.
• Im medizinischen Bereich werden diese Wandler in diagnostischen Tests und chirurgischen Anwendungen wie Krebsbehandlungen, Tests der inneren Organe, Herzuntersuchungen, Augen- und Gebärmutteruntersuchungen eingesetzt.
• Im industriellen Bereich werden diese Wandler verwendet, um den Abstand des angegebenen Ziels zu bestimmen, um Kollisionen zu verhindern, die Verwaltung der Produktlinie, die Steuerung und Überwachung des Flüssigkeitsstands, die Erkennung von Drahtbrüchen, die Erkennung von Fahrzeugen und Personen zum Zählen und vieles mehr.

Hier geht es also um einen Überblick über Ultraschallwandler – Definition, Arbeitsprinzip, Schaltplan, Typen, Anwendungen, Vor- und Nachteile. Wir können schließen, dass der Ultraschallwandler verwendet wird, um die Entfernung des Ziels durch Verwendung von Schallwellen zu bestimmen. Um die Intervalle zu berechnen, sendet es die Schallwelle mit der gewünschten Frequenz und wartet auf diese Schallwelle, bis es sie zurück empfängt. Hier ist eine Frage für Sie: „Was sind die Vor- und Nachteile von Ultraschallsensoren gegenüber Ultraschallwandlern? „