مبدأ وتطبيق جهاز استشعار الموقف بالموجات فوق الصوتية

  الموجات فوق الصوتية هي مصطلح عام للموجات الميكانيكية التي يتجاوز ترددها حد التردد السمعي للإنسان (حوالي 20 كيلو هرتز). يتم إنشاء الموجات فوق الصوتية بواسطة محول الاهتزاز تحت إثارة الجهد. يتميز محول قياس المسافة بخصائص التردد العالي، والطول الموجي القصير، وظاهرة الحيود الصغيرة، وخاصة الاتجاهية الجيدة، فهو قادر على أن يكون شعاعيًا وانتشارًا موجهًا. محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية أيضًا بأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية أو مجسات الموجات فوق الصوتية. تُعرف مقياس المستوى بالموجات فوق الصوتية هو مقياس مستوى رقمي يتم التحكم فيه بواسطة معالج دقيق. في القياس، ينبعث محول مسافة النبض بالموجات فوق الصوتية من المستشعر (محول الطاقة)، ​​وتنعكس موجة الصوت عن طريق السطح السائل ثم يستقبلها جهاز الاستقبال بالموجات فوق الصوتية، ويتم تحويلها إلى إشارة كهربائية بواسطة الكريستال الكهروإجهادي أو جهاز التقبض المغناطيسي، ويتم إرسالها واستقبالها بواسطة الموجة الصوتية. الوقت بين حساب مستشعر المسافة وسطح الكائن الذي يتم قياسه. نظرًا لقياس عدم الاتصال، فإن الوسط المقاس غير محدود تقريبًا،يمكن استخدام محول قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لقياس مختلف المواد السائلة والصلبة.

  يتكون هيكل مستشعر الموضع بالموجات فوق الصوتية وأداء محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية بشكل أساسي من رقائق كهرضغطية، والتي يمكن أن تنبعث منها موجات صوتية ويمكن أيضًا استقبال الموجات فوق الصوتية. تعمل مولدات الموجات فوق الصوتية الكهرضغطية في الواقع مع رنين البلورة الكهروضغطية. تحتوي على رقاقتين كهرضغطية ولوحة بيزو رنانة. عندما يكون لقطبيه الزائدين إشارة نبضية ترددها يساوي تردد 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، عندما تستقبل لوحة الرنان موجات فوق صوتية،سوف يقوم محول الطاقة للمسافة بضغط الرقاقة الكهرضغطية لتهتز، ويقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى إشارة كهربائية، وسوف يصبح جهاز استقبال بالموجات فوق الصوتية.

  مجسات الموجات فوق الصوتية منخفضة الطاقة مخصصة في الغالب للكشف. ولها العديد من الهياكل المختلفة، مثل المسبار المستقيم (الموجة الطولية)، والمسبار المائل (الموجة المستعرضة)، محول الطاقة لمقياس الجريان ، ومسبار السطح (الموجة السطحية)، ومسبار موجة الحمل (موجة المصباح)، والمسبار المزدوج (ينبعث مسبار واحد، ويستقبل مسبار واحد). جوهر مسبار الموجات فوق الصوتية هو رقاقة كهرضغطية في غلافها الخارجي، وهناك أنواع كثيرة من المواد التي تشكل الرقاقة. يختلف أيضًا حجم الرقاقة، مثل القطر والسمك، لذا يختلف أداء كل مسبار، ويجب معرفة أدائه قبل الاستخدام. مؤشرات الأداء الرئيسية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هي كما يلي:

1. تردد التشغيل. تردد التشغيل مستشعر قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية هو تردد الرنين لمحول الطاقة الكهرضغطية. عندما يكون تردد جهد التيار المتردد المطبق على كلا الطرفين مساوياً لتردد الرنين لمحول الطاقة، فإن طاقة الخرج تكون الحد الأقصى وتكون الحساسية هي الأعلى.

2. درجة حرارة التشغيل. نظرًا لأن نقطة كوري للمواد الكهرضغطية مرتفعة عمومًا، على وجه الخصوص، فإن مسبار الموجات فوق الصوتية للكشف عنها يتمتع مستشعر قياس المسافة بقدرة صغيرة، وبالتالي فإن درجة حرارة العمل منخفضة نسبيًا ويمكن أن يعمل لفترة طويلة دون فشل.