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El número de ondas o señales que ocurren en un intervalo de tiempo fijo especifica la frecuencia y se mide en unidades de Hertz (Hz). En función de los valores de frecuencia, el rango de frecuencia se varía y se determina. Cuando el sonido producido está en un nivel más alto que el rango auditivo humano, se dice que es ultrasonido, con un espectro de frecuencia de más de 20 kHz. El dispositivo que puede generar o detectar el ultrasonido se llama transductor ultrasónico y sensor ultrasónico.

Los diversos rangos de frecuencia son de Muy Baja Frecuencia – 3 a 30KHz (VLF), De baja Frecuencia – 30KHz a 300KHz (LF), de Frecuencia Media – 300 a 3000KHz (MF), de Alta Frecuencia – 3MHz a 30 MHz (HF), de Muy Alta Frecuencia – 30MHz a 300MHz (VHF), de Ultra Alta Frecuencia – 300MHz a 3000MHz (UHF Alta frecuencia – 3GHz a 30GHz (SHF) y Rango de Alta Frecuencia (EHF)-30GHz a 300GHz. Este artículo ofrece una breve descripción del principio de funcionamiento y el circuito de un transductor ultrasónico.

¿Qué es un Transductor Ultrasónico?

Definición: Un transductor ultrasónico se refiere al Transductor capacitivo o al transductor piezoeléctrico que puede convertir energía eléctrica en energía de ultrasonido y viceversa. Es uno de los tipos de transductores relacionados con el sonido. El rango de espectro de frecuencia de este ultrasonido o onda ultrasónica es superior a 20 kHz y se utiliza a 200 kHz según la aplicación.

Estos se utilizan en pruebas no destructivas, materiales de medición e identificación de fallas pequeñas debido a la longitud de onda más baja del ultrasonido. Estos son importantes en sensores para medición de nivel y flujo, cálculo de distancias, y también en aplicaciones biomédicas, de potencia y otras aplicaciones de ultrasonido. Tiene una amplia gama de aplicaciones en diversos campos.

Transductor ultrasónico Que funciona

Cuando este transductor transmite las señales eléctricas al objetivo, la señal golpea el objeto y regresa al transductor. Aquí se calcula la distancia del objeto en lugar de la amplitud de la señal y la calidad de sonido. Estos transductores utilizan ondas ultrasónicas para calcular algunos parámetros, pero generalmente se utilizan en la medición de distancias.

Este transductor depende de la sensibilidad o resolución. La capacidad del transductor para desconectar las señales formadas por los dos reflectores cercanos se denomina resolución. La capacidad del transductor para detectar la falla en las sustancias se conoce como sensibilidad. Un transductor extremadamente amortiguado ayuda a reducir la señal reflejada y permite que el transductor estudie las fallas estrechamente espaciadas. El transductor debe tener mayor resolución y sensibilidad con materiales cerámicos polarizados grandes y cristales para cambiar su proceso.

Este sistema puede recibir y generar vibraciones ultrasónicas. Consiste en una placa de desgaste, un respaldo y un elemento activo. Un piezoeléctrico o monocristal es un elemento activo en el transductor que puede convertir o transformar la energía de la señal eléctrica en energía ultrasónica y también puede recuperar la energía ultrasónica y convertirla en energía eléctrica. Un dispositivo llamado detector de fallas genera el pulso eléctrico.

En las pruebas no destructivas (END), este transductor transforma el pulso de energía eléctrica generado desde el dispositivo de prueba en energía mecánica en las ondas de sonido que se mueven dentro del dispositivo de prueba. Las ondas sonoras se pueden transmitir de vuelta desde el dispositivo de prueba para transformarse en un pulso de energía eléctrica por el transductor que puede ser ejecutado y demostrado por el sistema de prueba.

Para producir y recuperar las ondas sonoras en un rango de frecuencia más alto y más que el nivel auditivo humano, los transductores actúan como altavoces y micrófonos ultrasónicos. Este transductor se compone de un transmisor, receptor, pieza de control y fuente de alimentación. El transmisor de este contiene un transmisor y un vibrador de cerámica de aproximadamente 15 mm de diámetro.

La función del transductor transmisor es transformar la energía eléctrica del vibrador cerámico en energía ultrasónica e irradia al aire. Mientras que el transductor receptor contiene un circuito amplificador y un amplificador. Recibe la onda de sonido / onda ultrasónica para generar vibración mecánica y la transforma en energía eléctrica.

Esta energía eléctrica convertida es la salida de este receptor de transductor y se utiliza para detectar la energía ultrasónica transmitida. La sección de control de este transductor controla la frecuencia de cadena de pulsos de energía, el ciclo de trabajo, el conteo, la detección de distancia por el transmisor y la modulación dispersa. La fuente de alimentación requerida puede ser DC 24V+-10% o DC 12V +-10%

Este transductor utiliza el medio acústico para detectar objetos sin contacto y sin desgaste. Pueden identificar cualquier tipo de materiales y sustancias, como objetos transparentes, objetos de colores, objetos metálicos y no metálicos, sólidos, líquidos y también sustancias en polvo. Su rendimiento de detección se ve afectado por condiciones ambientales como polvo, humo, agua, etc.

El rendimiento de este transductor depende de la fabricación de la oblea y debe tener un gran coeficiente de acoplamiento electromecánico con alta sensibilidad. La frecuencia operativa de este transductor es la frecuencia de resonancia del material piezoeléctrico. La frecuencia del voltaje de CA aplicado es igual a la frecuencia de resonancia del chip, que tiene la energía de salida más alta y la sensibilidad más alta.

Debido al alto punto de Curie de los materiales piezoeléctricos, el transductor utiliza baja potencia y baja temperatura de funcionamiento para el diagnóstico y funciona durante períodos más largos sin daños en el circuito. Las sondas de transductores ultrasónicos médicos tienen altas temperaturas y requieren equipos de refrigeración separados para evitar la avería.

Principio de funcionamiento del transductor ultrasónico

La onda de sonido se produce cuando se aplica una señal eléctrica a un transductor ultrasónico y vibra en todo el rango de frecuencia especificado. Estas ondas de sonido viajan y enviarán los datos del transductor (o reflejo del eco del transductor) siempre que aparezca algún obstáculo o interferencia. Por lo tanto, los datos se transforman en señales eléctricas.

El transductor determina el intervalo de tiempo entre la onda de sonido transmitida y la señal de eco recibida. El principio de funcionamiento del transductor ultrasónico se basa en la transformación de una forma de energía a otra forma. El diagrama básico del transductor ultrasónico que describe su principio de funcionamiento y los componentes se muestra a continuación.

A 40 kHz, el pulso ultrasónico se transmite por el transductor ultrasónico que viaja a través del aire. Este tipo de transductor es más preferido que cualquier otro sensor infrarrojo porque no está influenciado por polvo, golpes, materiales negros, etc. Los transductores ultrasónicos funcionan de manera eficiente en la supresión de la distorsión del ruido.

Para evaluar la distancia, los transductores ultrasónicos utilizan ondas ultrasónicas. La fórmula para calcular la distancia se da como,

D = ½ * T * C

Donde ‘ D ‘ es la distancia.

‘T’ da el espacio de tiempo entre la transmisión y la recepción de ondas ultrasónicas por el transductor

‘C’ es la velocidad sónica

Circuito de transductor ultrasónico

Hay dos circuitos principales de transductor ultrasónico: uno para el transmisor y el otro para el receptor. Están diseñados con tecnología CMOS o un temporizador 555. El transmisor y el receptor del transductor ultrasónico funcionan a la misma frecuencia.

Cuando el transmisor ultrasónico envía las ondas ultrasónicas hacia el objetivo en particular y las ondas sonoras golpean el objeto, las señales sonoras se convierten en señales eléctricas y ultrasónicas. El circuito del transductor ultrasónico para el transmisor se muestra a continuación.

Después de golpear las ondas ultrasónicas al objetivo, el receptor de transductor ultrasónico recibe las señales y las transforma en señales eléctricas. El diagrama del circuito del receptor del transductor ultrasónico se muestra a continuación.

Tipos de transductores ultrasónicos

Hay diferentes tipos de transductores basados en factores importantes como la huella, la frecuencia y la disposición de un cristal piezoeléctrico. Los siguientes son los tipos de transductores ultrasónicos eficientes que se indican a continuación.

Tipo lineal: En este tipo de transductor, la matriz de un cristal piezoeléctrico es lineal.

Arreglo de fases: Este tipo de transductor tiene una huella limitada y rangos de baja frecuencia de 2 Mhz a 7 Mhz

Estándar: También se conoce como Transductor ultrasónico Normal o Transductor ultrasónico Convexo. La forma de un cristal piezoeléctrico es curvilínea en este tipo. Se prefiere principalmente para aplicaciones de prueba en profundidad.

Hay varios tipos de transductores para pruebas no destructivas, como Transductores de Línea de Retardo, Transductores de Haz Angular, Transductores de Contacto, Transductores de Inmersión y Transductores de Elemento Dual.

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Ventajas & Desventajas

Las ventajas de los transductores ultrasónicos incluyen las siguientes.

• Pueden medir cualquier tipo de material y detectar cualquier tipo de sustancia.
• No se ven afectados por la temperatura, el agua, el polvo o cualquier otro.
• Funcionarán en condiciones relevantes en cualquier entorno.
• Estos son importantes para medir intervalos de detección altos.

Algunas de las desventajas del transductor ultrasónico son las siguientes,

• Estos son sensibles a las variaciones inmediatas y altas de temperatura
• El cambio en la capacidad de detección se debe a las conversiones de temperatura imprevistas.
• Difícil de determinar los reflejos de los blancos pequeños, que son demasiado suaves y delgados. Sin embargo, se están llevando a cabo nuevos experimentos para abordar estos problemas.

Aplicaciones

Las diversas aplicaciones del transductor ultrasónico incluyen,

• Utilizado en diferentes campos como industrial, médico, etc.
• Las ondas ultrasónicas se utilizan para detectar el objetivo y medir la distancia entre el objeto y el objetivo.
• Se utiliza para identificar la ubicación del objeto y evaluar el estado del objetivo.
• En el campo de la medicina, estos transductores se utilizan en pruebas de diagnóstico y aplicaciones quirúrgicas, como tratamientos para el cáncer, pruebas de órganos internos, chequeos cardíacos, oculares y de útero.
• En el sector industrial, estos transductores se utilizan para determinar la distancia del objetivo especificado para evitar colisiones, la gestión de la línea de productos, el control y la supervisión del nivel de líquido, la detección de rotura de cables, la detección de vehículos y personas para el recuento y muchos más.

Por lo tanto, se trata de una descripción general de la Definición del Transductor Ultrasónico, el Principio de funcionamiento, el Diagrama de Circuito, los Tipos, las Aplicaciones, las Ventajas y las Desventajas. Podemos concluir que el transductor ultrasónico se utiliza para determinar la distancia del objetivo mediante el empleo de ondas de sonido. Para calcular los intervalos, transmite la onda de sonido a la frecuencia deseada y espera esa onda de sonido hasta que la recibe de vuelta. He aquí una pregunta para usted, » ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los Sensores ultrasónicos sobre los transductores ultrasónicos? «