초음파 변환기 회로:물체 감지 장치

특정 대상에서 물체까지의 거리를 측정하고 싶었던 적이 있습니까? 이를 위해 초음파 센서가 있는 초음파 송신기를 사용할 수 있습니다. 전자 회로는 일반적으로 초음파 음파를 생성하기 위해 이 구성 요소를 특징으로 합니다. 결과적으로 물체의 근접성을 측정할 수 있습니다. 따라서 이러한 기능은 로봇 탐색 목적에 매우 유용합니다. 뿐만 아니라 이러한 유형의 변환기는 산업, 의료, 자동화 등 많은 분야에서 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다!

이 기사에서는 초음파 변환기 회로를 소개하여 그 기능을 이해할 수 있습니다. 그럼 시작하겠습니다!

초음파 변환기란 무엇입니까?

초음파 변환기

초음파 변환기는 에너지 유형을 초음파 에너지로 변환하는 소리 관련 센서 역할을 합니다. 이 장치는 전기 신호를 물체에 전송한 다음 다시 변환기로 보냅니다. 그 동안 신호 강도가 아닌 물체의 거리를 측정합니다. 또한 특정 매개변수를 측정하기 위해 초음파에 의존합니다. 또한 초음파 주파수 범위가 20kHz 이상이므로 거리 측정에 이상적입니다.

40kHz 초음파 변환기.

출처:Wikimedia Commons

대체로 이 변환기 유형은 금속, 비금속, 투명 및 유색 물체를 포함한 다양한 재료를 감지합니다. 또한 액체, 고체 및 미세 물질을 식별합니다.

초음파 센서의 내부 구조.

출처:Wikimedia Commons

이 장치는 지지대, 마모판 및 능동 소자가 특징입니다. 이 경우 능동소자 역할을 하는 결정이나 압전이 전기에너지를 초음파에너지로 변환시킨다. 결과적으로 장치는 초음파 에너지를 받아 전기 에너지로 변환합니다. 물론 그 변환 과정도 역전됩니다.

또한 변환기에는 수신기, 송신기, 전원 공급 장치 및 제어 메커니즘이 있습니다. 한편, 송신기에는 15mm 세라믹 진동기가 있습니다. 이 센서는 초음파 스피커 및 마이크와 동일하게 기능하여 고주파 음파를 생성 및 수신합니다.

이 변환기는 압전 재료의 높은 퀴리 포인트로 인해 진단 목적으로 저온에서 작동하여 최소한의 전력을 소비합니다. 또한 회로에 영향을 주지 않고 장시간 작동할 수 있습니다. 한편 의료 기반 변환기는 고온에서 작동합니다. 이들은 일반적으로 손상을 방지하는 데 도움이 되는 냉각 장비에 의존합니다.

초음파 변환기 작동 원리

초음파 프로브는 강판에 결함이나 결함이 있을 수 있습니다.

초음파 변환기에 전기 신호를 적용하면 음파가 생성됩니다. 음파는 간섭을 감지한 후 변환기의 에코 신호를 반사합니다. 또한 특정 주파수 범위 내에서 진동합니다. 결과적으로 에코는 전기 신호로 변환됩니다.

그 후, 장치는 음파를 전달하고 에코를 수신하는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 초음파 펄스는 센서가 40kHz 주파수로 작동할 때 공기 중으로 방출됩니다.

형광등은 물체를 감지하는 트랜스듀서의 기능에 영향을 줄 수 없습니다.

전반적으로 검은 물질, 연기, 햇빛, 형광등 및 먼지는 변환기의 성능에 영향을 줄 수 없습니다. 따라서 적외선 센서에 비해 뚜렷한 이점이 있습니다. 또한 초음파 센서는 탁월한 소음 억제 기능을 제공합니다. 그러나 높은 온도 변동은 물체 감지 간섭을 일으킬 수 있습니다.

이 장치는 또한 초음파를 사용하여 아래 공식으로 거리를 계산합니다.

D =½ * T * C

이때 D는 거리를 의미하고, T는 초음파를 송수신하는 시간 간격을 의미한다. 한편, C는 음속을 나타냅니다.

초음파 변환기 회로

초음파 송신기 회로도

필수 구성요소:

• 555 IC – 1x
• 2N2222 트랜지스터 – 1개
• 초음파 변환기 – 1x
• 1k 저항 – 2x
• 2k 저항 – 1x
• 5k 저항 – 1x
• 0.01fuF 커패시터 – 1x
• 3.3nF 커패시터 – 1x

작동 원리:

많은 초음파 송신기 회로에는 555 IC 타이머가 있습니다.

출처:Wikimedia Commons

일반적으로 불안정 멀티바이브레이터 모드에서 동작하는 IC 555는 발진기 역할을 한다. 이것은 40kHz에 도달하는 일정한 직렬 구형파 펄스를 생성합니다. 한편, 방정식 F=1..44/((R2+2R1)C2는 출력 주파수 값을 설정합니다. 동시에 R1, R2 및 R3 전자 부품은 출력에 40KHz를 전달합니다.

또한 입력 펄스를 일치하는 주파수에서 초음파로 변환하는 초음파 변환기가 있습니다. 여기에는 전압을 받으면 크기를 변경할 수 있는 압전 수정이 포함되어 있습니다. 수정은 입력 신호를 받은 후 진동하여 고주파 음파를 생성합니다.

동시에 2N2222 트랜지스터가 변환기를 구동합니다. 안정적인 진동을 위해 555가 아닌 수정으로 둘러싸인 오실레이터를 구현할 수 있습니다.

초음파 변환기 유형

오늘날 시장에는 다양한 초음파 변환기 유형이 있습니다. 여기에는 주파수, 풋프린트 및 압전 수정 배열을 비롯한 필수 매개변수가 포함됩니다. 아래에서 가장 효율적인 유형을 찾을 수 있습니다.

• 선형 유형:이 변환기 유형은 선형 배열이 있는 압전 수정이 특징입니다.
  
• 위상 배열:풋프린트가 감소된 위상 배열은 2MHz ~ 7MHz 범위의 저주파를 지원합니다.
  
• 표준:볼록형 초음파 변환기 또는 일반 초음파 변환기라고도 하는 이 유형에는 곡선형 압전 수정이 포함되어 있습니다. 광범위한 테스트 애플리케이션에서 구현된 것을 볼 수 있습니다.

또한 지연 라인 변환기, 접촉 변환기, 이중 요소 변환기, 침지 변환기 및 앵글 빔 변환기를 활용할 수 있습니다. 물론 이러한 다양한 유형에는 비파괴 테스트 응용 프로그램이 있습니다.

응용 프로그램

초음파 프로브에는 초음파 변환기가 포함되어 있습니다.

초음파 변환기는 광범위한 분야에서 다양한 응용 분야를 가지고 있습니다. 아래에 몇 가지를 나열했습니다.

• 의료 분야의 진단 검사, 암 치료, 심장 및 눈 검사, 내부 장기 검사.
• 객체 감지
• 목표물과 물체 사이의 거리 측정

이 이미지는 초음파 센서가 물체와 거리를 감지하는 방법을 보여줍니다.

출처:Wikimedia Commons

• 자동화
• 재고 관리
• 작은 결함 식별

초음파 변환기는 사소한 결함을 감지할 수 있습니다.

출처:위키미디어 커먼즈

• 수위 및 유량 측정
• 생물의학
• 힘
• 액위 제어 및 모니터링
• 제품 라인 관리
• 단선 감지

장점

장점:

초음파 변환기는 고체, 액체 또는 기체를 감지할 수 있습니다. 아래에 초음파 변환기의 장점을 나열했습니다. 

• 모든 물질 유형을 감지하고 다양한 물질을 측정할 수 있습니다.
• 온도, 먼지, 물은 성능에 영향을 미치지 않습니다.
• 적합한 조건의 모든 환경에서 작동합니다.
• 높은 감지 간격 측정을 제공하는 데 일반적으로 사용됩니다.

다음은 초음파 변환기와 관련된 단점을 나열합니다.

단점:

고온 변동은 변환기에 영향을 줄 수 있습니다.

• 예측할 수 없는 온도 변환으로 인해 감지 변화가 발생합니다.
• 고온 변동에 매우 민감합니다.
• 작은 대상은 부드럽고 얇은 특성으로 인해 반사를 감지할 수 없습니다.

요약

매우 유용하고 잘 만들어진 초음파 변환기는 탐색 로봇에서 물체 회피를 훨씬 쉽게 만듭니다. 또한 다른 응용 프로그램에서 다양한 목적을 제공합니다. 이 경우 물체 감지 및 거리 측정에서 역할을 설정하는 데 도움이 됩니다. 일반적으로 다양한 환경 요인은 전체 성능에 부정적인 영향을 미치지 않습니다. 결과적으로 먼지, 햇빛 및 물은 초음파 펄스가 목적지에 도달하여 되돌아오는 것을 방해하지 않습니다. 따라서 이 구성 요소는 언제든지 일관되게 작동할 수 있습니다.

초음파 변환기에 대해 궁금한 점이 있습니까? 언제든지 저희에게 연락하십시오!