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Le nombre d’ondes ou de signaux qui se produisent dans un intervalle de temps fixe spécifie la fréquence et elle est mesurée en unités de Hertz (Hz). Sur la base des valeurs de fréquence, la gamme de fréquences est variée et elle est déterminée. Lorsque le son produit est à un niveau supérieur à la plage auditive humaine, il s’agit alors d’ultrasons, avec un spectre de fréquences supérieur à 20 kHz. Le dispositif qui peut générer ou détecter les ultrasons est appelé transducteur à ultrasons et capteur à ultrasons.

Les différentes gammes de fréquences sont Très Basse Fréquence – 3 à 30 kHz (VLF), Basse Fréquence – 30 kHz à 300 kHz (LF), Moyenne Fréquence – 300 à 3000 kHz (MF), Haute Fréquence – 3 MHz à 30 MHz (HF), Très Haute Fréquence – 30 MHz à 300 MHz (VHF), Ultra Haute Fréquence – 300 MHz à 3000 MHz (UHF) ), Super Haute Fréquence – 3 GHz à 30 GHz (SHF) et Gamme de fréquences très élevées (EHF) – 30 GHz à 300 GHz. Cet article donne une brève description du principe de fonctionnement et du circuit d’un transducteur à ultrasons.

Qu’est-ce qu’un transducteur à ultrasons?

Définition: Un transducteur à ultrasons désigne un Transducteur capacitif ou un transducteur piézoélectrique qui peut convertir l’énergie électrique en énergie ultrasonore et vice versa. C’est l’un des types de transducteurs liés au son. La gamme de spectre de fréquence de cette onde ultrasonore ou ultrasonore est supérieure à 20 kHz et est utilisée à 200 kHz en fonction de l’application.

Ils sont utilisés dans les essais non destructifs, les matériaux de mesure et l’identification de petits défauts en raison de la longueur d’onde inférieure des ultrasons. Ceux-ci sont importants dans les capteurs pour la mesure de niveau et de débit, le calcul de distance, ainsi que dans les applications biomédicales, de puissance et d’autres applications ultrasonores. Il a un large éventail d’applications dans divers domaines.

Transducteur à ultrasons Fonctionnant

Lorsque ce transducteur transmet les signaux électriques sur la cible, le signal frappe l’objet et retourne au transducteur. Ici, la distance de l’objet est calculée plutôt que l’amplitude du signal et de la qualité sonore. Ces transducteurs utilisent des ondes ultrasonores pour calculer quelques paramètres, mais sont généralement utilisés dans la mesure de distance.

Ce transducteur dépend de la sensibilité ou de la résolution. La capacité du transducteur à déconnecter les signaux formés par les deux réflecteurs proches est appelée résolution. La capacité du transducteur à détecter le défaut dans les substances est connue sous le nom de sensibilité. Un transducteur extrêmement amorti aide à abaisser le signal réfléchi et permet au transducteur d’étudier les défauts rapprochés. Le transducteur doit avoir une résolution et une sensibilité plus élevées avec de grands matériaux céramiques polarisés et des cristaux pour changer son processus.

Ce système peut recevoir et générer des vibrations ultrasoniques. Il se compose d’une plaque d’usure, d’un support et d’un élément actif. Un piézoélectrique ou le monocristal est un élément actif du transducteur qui peut convertir ou transformer l’énergie du signal électrique en énergie ultrasonique et peut également récupérer l’énergie ultrasonique et la convertir en énergie électrique. Un dispositif appelé détecteur de défaut génère l’impulsion électrique.

Dans les essais non destructifs (CND), ce transducteur transforme l’impulsion d’énergie électrique générée par le dispositif d’essai en énergie mécanique dans les ondes sonores qui se déplacent à l’intérieur du dispositif d’essai. Les ondes sonores peuvent être renvoyées du dispositif de test pour se transformer en une impulsion d’énergie électrique par le transducteur qui peut être exécutée et démontrée par le système de test.

Pour produire et récupérer les ondes sonores à une gamme de fréquences plus élevée et supérieure au niveau auditif humain, les transducteurs agissent comme des haut-parleurs et des microphones à ultrasons. Ce transducteur est composé d’un émetteur, d’un récepteur, d’une partie de commande et d’une alimentation. L’émetteur de celui-ci contient un émetteur et un vibrateur en céramique d’environ 15 mm de diamètre.

La fonction du transducteur émetteur est de transformer l’énergie électrique du vibrateur en céramique en énergie ultrasonore et rayonne dans l’air. Alors que le transducteur récepteur contient un circuit amplificateur et un amplificateur. Il reçoit l’onde sonore / l’onde ultrasonore pour générer des vibrations mécaniques et la transforme en énergie électrique.

Cette énergie électrique convertie est la sortie de ce récepteur transducteur et elle est utilisée pour détecter l’énergie ultrasonore transmise. La section de commande de ce transducteur contrôle la fréquence de chaîne des impulsions d’énergie, le rapport cyclique, le comptage, la détection de distance par l’émetteur et la modulation clairsemée. L’alimentation requise peut être CC 24V +-10% ou CC 12V +-10%

Ce transducteur utilise le milieu acoustique pour détecter des objets sans contact et sans usure. Ils peuvent identifier tout type de matériaux et de substances comme les objets transparents, les objets colorés, les objets métalliques et non métalliques, les solides, les liquides et les substances en poudre. Ses performances de détection sont affectées par les conditions environnementales telles que la poussière, la fumée, l’eau, etc.

Les performances de ce transducteur dépendent de la fabrication de la plaquette et doivent avoir un coefficient de couplage électromécanique important avec une sensibilité élevée. La fréquence de fonctionnement de ce transducteur est la fréquence de résonance du matériau piézoélectrique. La fréquence de la tension alternative appliquée est égale à la fréquence de résonance de la puce, qui a l’énergie de sortie la plus élevée et la sensibilité la plus élevée.

En raison du point de Curie élevé des matériaux piézoélectriques, le transducteur utilise une faible puissance et une basse température de fonctionnement pour le diagnostic et fonctionne plus longtemps sans endommager le circuit. Les sondes ultrasoniques médicales de transducteur ont des températures élevées et exigent l’équipement de refroidissement distinct pour empêcher la panne.

Principe de fonctionnement du transducteur à ultrasons

L’onde sonore est produite lorsqu’un signal électrique est appliqué à un transducteur à ultrasons et qu’il vibre dans toute la plage de fréquences spécifiée. Ces ondes sonores voyagent et renvoient les données du transducteur (ou la réflexion de l’écho du transducteur) chaque fois qu’un obstacle / interférence apparaît. Les données sont donc transformées en signaux électriques.

Le transducteur détermine l’intervalle de temps entre l’onde sonore émise et le signal d’écho reçu. Le principe de fonctionnement du transducteur à ultrasons est basé sur la transformation d’une forme d’énergie en une autre forme. Le schéma de base du transducteur à ultrasons décrivant son principe de fonctionnement et les composants est illustré ci-dessous.

À 40 kHz, l’impulsion ultrasonore est transmise par le transducteur à ultrasons qui se déplace dans l’air. Ce type de transducteur est plus préféré que tout autre capteur infrarouge car ils ne sont pas influencés par la poussière, la fumée, les matériaux noirs, etc. Les transducteurs ultrasoniques fonctionnent efficacement dans la suppression de la distorsion du bruit.

Pour évaluer la distance, les transducteurs à ultrasons utilisent des ondes ultrasonores. La formule pour calculer la distance est donnée comme suit:

D = ½ * T * C

Où ‘D’ est la distance.

‘T’ donne l’intervalle de temps entre l’émission et la réception des ondes ultrasonores par le transducteur

‘C’ est la vitesse sonique

Circuit de transducteur à ultrasons

Il existe deux circuits principaux de transducteur à ultrasons – l’un pour l’émetteur et l’autre pour le récepteur. Ils sont conçus avec la technologie CMOS ou une minuterie 555. L’émetteur et le récepteur du transducteur à ultrasons fonctionnent à la même fréquence.

Lorsque l’émetteur à ultrasons envoie les ondes ultrasonores vers la cible particulière et que les ondes sonores frappent l’objet, les signaux sonores sont convertis en signaux électriques et ultrasonores. Le circuit de transducteur à ultrasons pour l’émetteur est illustré ci-dessous.

Après avoir touché les ondes ultrasonores vers la cible, le récepteur de transducteur à ultrasons reçoit les signaux et les transforme en signaux électriques. Le schéma de circuit du récepteur du transducteur à ultrasons est illustré ci-dessous.

Types de transducteurs à ultrasons

Il existe différents types de transducteurs en fonction de facteurs importants tels que l’empreinte, la fréquence et la disposition d’un cristal piézoélectrique. Voici les types de transducteurs à ultrasons efficaces donnés ci-dessous.

Type linéaire: Dans ce type de transducteur, le réseau d’un cristal piézoélectrique est linéaire.

Réseau phasé: Ce type de transducteur a un encombrement limité et des plages de basses fréquences de 2 MHz à 7 MHz

Standard: Il est également connu sous le nom de Transducteur ultrasonique normal ou de transducteur ultrasonique convexe. La forme d’un cristal piézoélectrique est sinueuse dans ce type. Il est principalement préféré pour les applications de test en profondeur.

Il existe différents types de transducteurs pour les essais non destructifs, tels que les Transducteurs à Ligne à Retard, les Transducteurs à Faisceau d’angle, les Transducteurs à Contact, les Transducteurs à Immersion et les Transducteurs à Double Élément.

Veuillez consulter ce lien pour en savoir plus sur les QCM des capteurs à ultrasons

Avantages & Inconvénients

Les avantages des transducteurs à ultrasons sont les suivants.

• Ils peuvent mesurer tout type de matériau et détecter tout type de substance.
• Ils ne sont pas affectés par la température, l’eau, la poussière ou autre.
• Ils fonctionneront dans des conditions pertinentes dans n’importe quel environnement.
• Ils sont importants pour mesurer des intervalles de détection élevés.

Certains des inconvénients du transducteur à ultrasons sont les suivants,

• Ceux-ci sont sensibles aux variations immédiates et élevées de température
• Le changement de la capacité de détection est dû aux conversions de température imprévues.
• Difficile de déterminer les réflexions des petites cibles, trop molles et trop fines. Cependant, de nouvelles expériences sont en cours pour résoudre ces problèmes.

Applications

Les différentes applications du transducteur à ultrasons comprennent,

• Utilisé dans différents domaines comme industriel, médical, etc.
• Les ondes ultrasonores sont utilisées pour détecter la cible et mesurer la distance entre l’objet et la cible.
• Utilisé pour identifier l’emplacement de l’objet et évaluer l’état de la cible.
• Dans le domaine médical, ces transducteurs sont utilisés dans des tests de diagnostic et des applications chirurgicales telles que les traitements du cancer, les tests des organes internes, les examens cardiaques, les examens des yeux et de l’utérus.
• Dans le secteur industriel, ces transducteurs sont utilisés pour déterminer la distance de la cible spécifiée afin d’éviter les collisions, la gestion de la gamme de produits, le contrôle et la surveillance du niveau de liquide, la détection de rupture de fil, la détection de véhicules et de personnes à compter, et bien d’autres.

Ainsi, il s’agit d’un aperçu de la Définition du Transducteur à ultrasons, du Principe de fonctionnement, du Schéma de circuit, des Types, des applications, des Avantages et des Inconvénients. Nous pouvons conclure que le transducteur à ultrasons est utilisé pour déterminer la distance de la cible en utilisant des ondes sonores. Pour calculer les intervalles, il transmet l’onde sonore à la fréquence souhaitée et attend cette onde sonore jusqu’à ce qu’elle la reçoive. Voici une question pour vous: « Quels sont les avantages et les inconvénients des capteurs à ultrasons par rapport aux transducteurs à ultrasons? «