Connaissances de l'industrie | L'histoire des capteurs à ultrasons commence par une chauve-souris
Dès le XVIIIe siècle, le missionnaire et biologiste italien Spallanzani a découvert que les chauves-souris utilisent un cri (ultrason) que les humains ne peuvent pas entendre pour localiser les obstacles lorsqu'ils étudient leurs activités nocturnes. Après avoir émis des ondes ultrasonores, les chauves-souris se basent sur les échos renvoyés pour déterminer la distance, la taille, la forme et le mouvement des objets.
De la fin du XIXe siècle au début du XXe siècle, après la découverte de l'effet piézoélectrique et de l'effet piézoélectrique inverse en physique, les gens ont trouvé un moyen d'utiliser l'électronique pour générer des ultrasons, ce qui a rapidement ouvert le chapitre du développement et de la promotion de la technologie des ultrasons. En 1922, la définition des ultrasons a été proposée pour la première fois, et les ultrasons sont devenus un tout nouveau concept. L'Allemagne a également obtenu le premier brevet d'invention pour la thérapie par ultrasons.
Après leur découverte, les ultrasons ont été largement utilisés dans diverses industries. Depuis le 20e siècle, les capteurs à ultrasons sont largement utilisés dans diverses industries et sont devenus une catégorie importante de capteurs industriels. Ce numéro présentera brièvement ce que sont les capteurs à ultrasons et comment les utiliser dans la production industrielle.
Qu'est-ce qu'un capteur à ultrasons ?
Les capteurs à ultrasons sont des capteurs qui convertissent les signaux ultrasonores en d'autres signaux énergétiques (généralement des signaux électriques). Les ondes ultrasonores sont des ondes mécaniques dont la fréquence de vibration est supérieure à 20 kHz. Elles présentent les caractéristiques d'une fréquence élevée, d'une longueur d'onde courte, d'un faible phénomène de diffraction, d'une bonne directivité et de la capacité de se propager de manière directionnelle sous forme de rayons. Les ondes ultrasonores ont un grand pouvoir de pénétration pour les liquides et les solides, en particulier dans les solides opaques à la lumière du soleil. Lorsque les ondes ultrasonores rencontrent des impuretés ou des interfaces, elles produisent des réflexions importantes pour former des échos réfléchis, et lorsqu'elles rencontrent des objets en mouvement, elles peuvent produire l'effet Doppler ; elles sont largement utilisées dans l'industrie, la défense nationale, la biomédecine, etc.
Principe de fonctionnement du capteur à ultrasons
Le fonctionnement de base d'un capteur à ultrasons est similaire à la façon dont les chauves-souris utilisent l'écholocation pour trouver des insectes en vol. L'émetteur émet des ondes sonores courtes et à haute fréquence, appelées « chirs », dont la fréquence est comprise entre 23 kHz et 40 kHz. Lorsque cette impulsion sonore frappe un objet, une partie des ondes sonores est réfléchie vers le récepteur. En mesurant l'intervalle de temps entre l'envoi du signal ultrasonore et sa réception par le capteur, la distance à l'objet peut être calculée à l'aide de la formule suivante.
d=0,5*t*c
Où:
d = distance (mètres)
t = intervalle de temps entre l'envoi et la réception (secondes).
c = vitesse du son (343 mètres par seconde).
Le capteur à ultrasons le plus simple est configuré avec l'émetteur et le récepteur l'un à côté de l'autre. Cette disposition maximise la quantité de son qui se propage en ligne droite depuis l'émetteur tout en se réfléchissant en ligne droite vers le récepteur, ce qui contribue à réduire les erreurs de mesure.
Applications typiques des capteurs à ultrasons
1. Détection du niveau de liquide
La détection du niveau de liquide est l'application la plus courante des capteurs à ultrasons car ils peuvent détecter des liquides de n'importe quelle teinte ou opacité ; de plus, la méthode de détection sans contact n'entre pas en contact avec le liquide, il n'y aura donc aucun problème de sécurité lors de la détection de substances volatiles.
2. Détection de feuille simple et double
Le capteur de détection de feuille simple et double à technologie ultrasonique est principalement utilisé pour détecter la feuille simple traversant l'objet inspecté et la fonction d'alarme de feuille double et de feuille multiple. Il n'est pas limité par la vibration, le matériau et la couleur de l'objet inspecté. Il est largement utilisé dans les machines d'impression de papier, les machines d'assemblage, les plieuses, les machines d'emballage, les cellules solaires, la fabrication de plaquettes de silicium, l'étiquetage, la fabrication de PCB, etc.
3. Détection générale d'objets
L'autre est la détection générale d'objets, qui présente les avantages d'un rapport coût-performance élevé et d'une simplicité d'utilisation. Elle est largement utilisée dans la détection d'évitement de collision de véhicules, l'identification du personnel, la détection de présence, le tri de cartons, la détection de palettes de chariots élévateurs, le comptage de bouteilles sur les machines de remplissage de boissons et le comptage d'objets sur les lignes de production.
