مبدأ ومقدمة مستشعر المدى بالموجات فوق الصوتية

ما هو جهاز استشعار المدى بالموجات فوق الصوتية

نظرًا للاتجاه القوي للموجات فوق الصوتية، وبطء استهلاك الطاقة، والمسافات الطويلة في الوسط، غالبًا ما تستخدم الموجات فوق الصوتية لقياس المسافة. على سبيل المثال، يمكن تحقيق أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية وأدوات قياس المستوى بواسطة الموجات فوق الصوتية. غالبًا ما تكون وحدة استشعار المسافة بالموجات فوق الصوتية سريعة ومريحة وبسيطة في الحساب وسهلة لتحقيق التحكم في الوقت الفعلي ويمكن أن تلبي المتطلبات العملية الصناعية من حيث دقة القياس، لذلك تم استخدامها أيضًا على نطاق واسع في تطوير الروبوتات المتنقلة.

لكي يتمكن الروبوت المتنقل من تجنب العوائق والمشي تلقائيًا، يجب أن يكون مزودًا بنظام قياس المسافة حتى يتمكن من الحصول على معلومات المسافة (المسافة والاتجاه) من العائق في الوقت المناسب. تم تقديم مستشعر قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية ثلاثي الاتجاهات (الأمامي واليسار واليمين) لتوفير معلومات مسافة الحركة للروبوت لفهم بيئته الأمامية واليسرى واليمنى.

مبدأ جهاز استشعار المدى بالموجات فوق الصوتية

1، مولد بالموجات فوق الصوتية

 من أجل البحث واستخدام الموجات فوق الصوتية، تم تصميم وتصنيع العديد من مولدات الموجات فوق الصوتية. بشكل عام، يمكن تقسيم مولدات الموجات فوق الصوتية إلى فئتين: إحداهما لتوليد موجات فوق صوتية كهربائيًا، والأخرى لتوليد موجات فوق صوتية ميكانيكيًا. تشمل الطرق الكهربائية الكهروضغطية، والتضييق المغناطيسي، والكهربائية، وما إلى ذلك؛ تشمل الطرق الميكانيكية فلوت جالتون، صافرة السائل، وصافرة الهواء. يختلف تردد وقوة وخصائص الموجات فوق الصوتية التي تنتجها، وبالتالي فإن استخداماتها مختلفة أيضًا. في الوقت الحاضر، كهرضغطية مستشعر المسافة بالموجات فوق الصوتية بشكل أكثر شيوعًا. يتم استخدام

2، مبدأ مولد الموجات فوق الصوتية الكهرضغطية

يستخدم مولد الموجات فوق الصوتية الكهرضغطية في الواقع رنين الكريستال الكهرضغطي للعمل. يظهر الهيكل الداخلي لمولد الموجات فوق الصوتية في الشكل. تحتوي على رقاقتين كهرضغطية ولوحة رنين. عندما يتم تطبيق إشارة نبضية على قطبيها ويكون التردد مساويًا لتردد التذبذب الطبيعي للرقاقة الكهرضغطية، فإن الرقاقة الكهرضغطية سوف يتردد صداها وتدفع لوحة الرنين إلى الاهتزاز لتوليد موجات فوق صوتية. على العكس من ذلك، إذا لم يتم تطبيق أي جهد بين القطبين، فعندما تتلقى لوحة الرنين موجات فوق صوتية، فإنها ستضغط على الشريحة الكهرضغطية لتهتز وتحول الطاقة الميكانيكية إلى إشارات كهربائية. ثم يصبح جهاز استقبال بالموجات فوق الصوتية.

3، مبدأ جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

 يرسل جهاز الإرسال بالموجات فوق الصوتية موجات فوق صوتية في اتجاه معين، ويبدأ التوقيت في نفس وقت الإطلاق. تنتشر الموجات فوق الصوتية في الهواء وتعود فورًا عند مواجهة عوائق في الطريق. يقوم جهاز الاستقبال بالموجات فوق الصوتية بإيقاف التوقيت فورًا عندما يستقبل الموجات المنعكسة. تبلغ سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الهواء 340 م/ث. وفقاً للزمن t الذي سجله المؤقت، يمكن حساب المسافة (المسافة) بين نقطة الإطلاق والعائق، وهي: s=340t/2. وهذا ما يسمى بطريقة تحديد فرق التوقيت.

مبدأ مستشعر المدى بالموجات فوق الصوتية هو استخدام سرعة الانتشار المعروفة للموجات فوق الصوتية في الهواء لقياس الوقت الذي تواجه فيه الموجة الصوتية عوائق وتنعكس مرة أخرى بعد الإرسال، وحساب المسافة الفعلية من نقطة الإرسال إلى العائق بناءً على فارق التوقيت بين الإرسال والاستقبال. ويمكن ملاحظة أن مبدأ النطاق بالموجات فوق الصوتية هو نفس مبدأ الرادار.

في الصيغة، L هو طول المسافة المقاسة؛ C هي سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الهواء؛ T هو الفارق الزمني لانتشار مسافة القياس (T هو نصف القيمة الزمنية للإرسال إلى الاستقبال).

تُستخدم مستشعرات المسافة بالموجات فوق الصوتية من Arduino بشكل أساسي لقياس المسافة في التذكيرات العكسية ومواقع البناء والمواقع الصناعية وما إلى ذلك. على الرغم من أن نطاق قياس المسافة الحالي يمكن أن يصل إلى 100 متر، إلا أن دقة القياس يمكن أن تصل إلى سنتيمترات فقط.

نظرًا لمزايا الانبعاث الاتجاهي السهل، والاتجاه الجيد، وسهولة التحكم في الشدة، وعدم الاتصال المباشر بالجسم الذي يتم قياسه، تعد الموجات فوق الصوتية طريقة مثالية لقياس ارتفاع السائل. من الضروري تحقيق دقة قياس على مستوى المليمتر في القياس الدقيق لمستوى السائل، ولكن الدوائر المتكاملة الخاصة بالموجات فوق الصوتية المحلية الحالية هي دقة قياس على مستوى السنتيمتر فقط. من خلال تحليل أسباب خطأ المدى بالموجات فوق الصوتية، وتحسين فرق وقت القياس إلى مستوى الميكروثانية، واستخدام مستشعر درجة الحرارة LM92 لتعويض سرعة انتشار موجة الصوت، يمكن لمكتشف المدى بالموجات فوق الصوتية عالي الدقة الذي صممناه تحقيق دقة قياس على مستوى المليمتر.