مؤشرات الأداء مستشعر المسافة بالموجات فوق الصوتية

يمكن استخدام مستشعر المسافة بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في المجالات ذات الصلة مثل المستوى ومستوى السائل والمراقبة ومكافحة الاصطدام الآلي ومفاتيح القرب بالموجات فوق الصوتية المختلفة وأجهزة الإنذار المضادة للسرقة. إنه موثوق في التشغيل، سهل التركيب، مقاوم للماء، مع زاوية إطلاق صغيرة، حساسية عالية وراحة. وهو متصل بأداة عرض صناعية ويوفر أيضًا مسبارًا بزاوية انبعاث كبيرة. مبدأ تصميم مستشعر المسافة بالموجات فوق الصوتية هو أن المستشعر بالموجات فوق الصوتية عبارة عن مستشعر تم تطويره باستخدام خصائص الموجات فوق الصوتية. الموجات فوق الصوتية هي نوع من الموجات الميكانيكية ذات تردد اهتزاز أعلى من تردد الموجات الصوتية. يتم إنشاؤه بواسطة اهتزاز رقاقة محول الطاقة تحت إثارة الجهد. لديها تردد عالٍ، وطول موجي قصير، وظاهرة حيود صغيرة، ويمكن توجيه الاتجاه الجيد بشكل خاص للأشعة. خصائص مثل التواصل. 

تتمتع الموجات فوق الصوتية بقدرة كبيرة على اختراق السوائل والمواد الصلبة، خاصة في المواد الصلبة غير الشفافة لأشعة الشمس، حيث يمكنها اختراق أعماق عدة عشرات من الأمتار. عندما تضرب الموجات فوق الصوتية شوائب أو واجهة، فإنها ستنتج انعكاسًا كبيرًا لتشكل انعكاسًا في صدى، والذي يمكن أن ينتج تأثير دوبلر عندما تصطدم بجسم متحرك. لذلك، يتم استخدام اختبار الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في المجالات الصناعية والدفاع الوطني والطب الحيوي وغيرها من المجالات. يتم استخدام الموجات فوق الصوتية كوسيلة للكشف، ويجب توليد موجات فوق صوتية وموجات فوق صوتية. الجهاز الذي يؤدي هذه الوظيفة هو مستشعر قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية، والذي يُطلق عليه عادةً محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية أو مسبار الموجات فوق الصوتية. مؤشرات أداء مستشعر المسافة بالموجات فوق الصوتية، جوهر المسبار بالموجات فوق الصوتية هو فيلم كهرضغطية في غلافه البلاستيكي أو الغلاف المعدني. هناك أنواع كثيرة من المواد التي تشكل الرقاقة. يختلف حجم الرقاقة، مثل القطر والسمك، وبالتالي يختلف أداء كل مسبار. يجب أن نعرف أدائها قبل الاستخدام. تشمل مؤشرات الأداء الرئيسية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الجوانب التالية.

2. درجة حرارة العمل.
نظرًا لأن نقطة كوري للمواد الكهرضغطية مرتفعة عمومًا، على وجه الخصوص، يستخدم مسبار التشخيص بالموجات فوق الصوتية طاقة أقل، وبالتالي تكون درجة حرارة التشغيل أقل ويمكن أن تعمل لفترة طويلة دون التسبب في الفشل. مجسات الموجات فوق الصوتية الطبية ساخنة نسبيًا وتتطلب معدات تبريد منفصلة.

يعتمد الأمر بشكل أساسي على تصنيع الرقاقة نفسها. معامل الاقتران الكهروميكانيكي كبير، والحساسية عالية، والحساسية منخفضة. يتم تطبيق عمل هيكل الجهد الكهربي لمستشعر المسافة بالموجات فوق الصوتية على السيراميك الكهروضغطي، مما يسبب تشوهًا ميكانيكيًا مع التغيرات في الجهد والتردد. ومن ناحية أخرى، تتولد شحنة كهربائية عندما يهتز السيراميك الكهرضغطي. وبهذا المبدأ، عندما يتكون الهزاز من قطعتين من السيراميك الكهرضغطي أو قطعة من السيراميك الكهرضغطي وقطعة معدنية تسمى عنصر ثنائي الشكل، تنبعث إشارة فوق صوتية بسبب اهتزاز الانحناء عند تطبيق إشارة كهربائية. على العكس من ذلك، عندما يتم تطبيق مستشعر الموجات فوق الصوتية لقياس المسافة على عنصر البيمورف، يتم إنشاء إشارة كهربائية. بناءً على التأثيرات المذكورة أعلاه، يمكن استخدام السيراميك الكهرضغطي كجهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية. مثل جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية، يتم تثبيت الهزاز المركب بمرونة على القاعدة. 

الهزاز المركب عبارة عن مزيج من مرنان وهزاز ثنائي الشكل يتكون من معدن وسيراميك كهرضغطية. يكون الرنان على شكل قرن لإشعاع الموجات فوق الصوتية الناتجة عن الاهتزاز بشكل فعال ولتركيز الموجات فوق الصوتية بشكل فعال في الجزء المركزي من الهزاز. يجب أن تتمتع أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية بختم جيد لمنع دخول الندى والمطر والغبار إلى الخارج. يتم تثبيت السيراميك الكهرضغطي على الجانب الداخلي من الجزء العلوي من العلبة المعدنية. يتم تثبيت القاعدة على الطرف المفتوح للعلبة ومغطاة بالراتنج. بالنسبة لورقة بيانات مستشعر المسافة بالموجات فوق الصوتية، والتي تستخدم في الروبوتات الصناعية، يجب أن تكون الدقة 1 مم ويتطلب إشعاع قوي بالموجات فوق الصوتية. مع اهتزاز الانحناء لهزاز عنصر ثنائي الشكل التقليدي، من المستحيل تحقيق ذلك عند تردد أعلى من 75 كيلو هرتز. لذلك، يجب استخدام السيراميك الكهرضغطي ذو وضع الاهتزاز ذو السماكة العمودية في الكشف عن التردد العالي. في هذه الحالة، يصبح من المهم مطابقة المعاوقة الصوتية للسيراميك الكهرضغطي مع الهواء. تبلغ المعاوقة الصوتية للسيراميك الكهرضغطي 2.6 × 107 كجم/م2 ثانية، وتبلغ المعاوقة الصوتية للهواء 4.3 × 102 كجم/م2 ثانية. يمكن أن يؤدي الاختلاف إلى خسارة كبيرة على سطح إشعاع اهتزاز السيراميك الكهرضغطي. تلتصق مادة خاصة بالسيراميك الكهرضغطي كطبقة مطابقة صوتية لتتناسب مع المعاوقة الصوتية للهواء. يسمح هذا الهيكل لجهاز استشعار الموجات فوق الصوتية بالعمل بشكل طبيعي بترددات تصل إلى 100 كيلو هرتز.