المعرفة ذات الصلة بأجهزة استشعار محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية

مقدمة أساسية:

تم تطوير مستشعر محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية باستخدام خصائص الموجات فوق الصوتية. يتميز بخصائص التردد العالي، والطول الموجي القصير، وظاهرة الحيود الصغيرة، وخاصة الاتجاهية الجيدة، والتي يمكن أن تصبح أشعة وتنتشر بشكل اتجاهي. تتمتع الموجات فوق الصوتية بقدرة كبيرة على اختراق السوائل والمواد الصلبة. سوف تسبب الموجات فوق الصوتية انعكاسات كبيرة عندما تواجه شوائب أو واجهات، وتشكل أصداء، ويمكن أن تنتج تأثيرات دوبلر عندما تواجه أجسامًا متحركة. لذلك، يتم استخدام اختبار الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في الصناعة والدفاع الوطني والطب الحيوي، وما إلى ذلك. لاستخدام الموجات فوق الصوتية كوسيلة للكشف، يجب إنشاء الموجات فوق الصوتية واستقبالها. الجهاز الذي ينجز هذه الوظيفة هو جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية، والذي يسمى عادة محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية أو مسبار الموجات فوق الصوتية.

 عنصر:

يتكون مسبار الموجات الصوتية بشكل أساسي من رقائق كهرضغطية يمكنها إرسال واستقبال الموجات فوق الصوتية. تستخدم مجسات الموجات فوق الصوتية منخفضة الطاقة في الغالب للكشف. لديها العديد من الهياكل المختلفة، والتي يمكن تقسيمها إلى مسبار مستقيم (موجة طولية)، مسبار مائل (موجة عرضية)، مسبار موجة سطحية (موجة سطحية)، مسبار (موجة خروف)، مسبار مزدوج (انعكاس مسبار واحد، استقبال مسبار واحد)، إلخ.

مبدأ العمل:

يمكن للناس سماع الصوت لأن اهتزاز الجسم يقع في نطاق 20 كيلو هرتز، ويسمى أكثر من 20 كيلو هرتز بالموجات فوق الصوتية، وأقل من 20 هرتز يسمى بالموجات فوق الصوتية. 

الموجات فوق الصوتية هي نوع من التذبذب الميكانيكي في الوسط المرن، ولها شكلين: التذبذب العرضي (موجة عرضية) والتذبذب الطولي (موجة طولية). يعتمد التطبيق في الصناعة بشكل أساسي على التذبذب الطولي. يمكن أن تنتشر الموجات فوق الصوتية في الغازات والسوائل والمواد الصلبة، وتختلف سرعات انتشارها. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يحتوي أيضًا على ظواهر الانكسار والانعكاس، والتوهين أثناء الانتشار. تردد الموجات فوق الصوتية يتم نشر مقياس مستوى الموجات فوق الصوتية غير المتصل في الهواء بشكل منخفض، وعمومًا عشرات كيلو هرتز، بينما في المواد الصلبة والسوائل، يمكن أن يكون التردد أعلى. ويكون التوهين أسرع في الهواء، بينما ينتشر في السائل والصلب، ويكون التوهين قليلًا، ويكون الانتشار أطول. باستخدام خصائص الموجات فوق الصوتية، يمكن تحويلها إلى أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية المختلفة، ومجهزة بدوائر مختلفة، وتحويلها إلى أدوات وأجهزة قياس بالموجات فوق الصوتية المختلفة، وتستخدم على نطاق واسع في الاتصالات والأجهزة الطبية والجوانب الأخرى.

المواد الرئيسية ل محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية 200 كيلو هرتز عبارة عن بلورات كهرضغطية (تضيق كهربائي) وسبائك النيكل والحديد والألمنيوم (تضيق مغناطيسي). وتشمل المواد الكهربائية تيتانات زركونات الرصاص (PZT) وما إلى ذلك. جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية المكون من بلورة كهرضغطية هو جهاز استشعار قابل للعكس. يمكنه تحويل الطاقة الكهربائية إلى تذبذبات ميكانيكية لتوليد موجات فوق صوتية. وفي الوقت نفسه، عندما تتلقى الموجات فوق الصوتية، يمكن أيضًا تحويلها إلى طاقة كهربائية، لذلك يمكن تقسيمها إلى أجهزة إرسال أو أجهزة استقبال. يمكن لبعض أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الإرسال والاستقبال. يتم تقديم مستشعر الموجات فوق الصوتية الصغير هنا فقط. هناك فرق بسيط بين الإرسال والاستقبال. إنها مناسبة للنقل في الهواء، وتردد العمل بشكل عام هو 23-25 ​​كيلو هرتز و40-45 كيلو هرتز. هذا النوع من أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية مناسب للنطاق والتحكم عن بعد ومكافحة السرقة وأغراض أخرى. هناك T/R-40-60، T/R-40-12، وما إلى ذلك (حيث T يعني الإرسال، R يعني الاستقبال، 40 يعني التردد هو 40 كيلو هرتز، 16 و 12 يعني القطر الخارجي، بالملليمتر). يوجد أيضًا مستشعر بالموجات فوق الصوتية مختوم (نوع MA40EI). ويتميز بأنه مقاوم للماء (ولكن ليس في الماء)، ويمكن استخدامه كمفتاح مستوى المواد ومفتاح القرب. أدائها أفضل. هناك ثلاثة أنواع أساسية من تطبيقات الموجات فوق الصوتية، نوع الإرسال يستخدم للتحكم عن بعد، إنذار مضاد للسرقة، باب أوتوماتيكي، مفتاح القرب، وما إلى ذلك؛ يتم استخدام نوع الانعكاس المنفصل لقياس المسافة أو مستوى السائل أو مستوى المادة؛ يتم استخدام نوع الانعكاس للكشف عن عيوب المواد، وقياس السُمك، وما إلى ذلك. وهو يتألف من جهاز استشعار الإرسال (أو جهاز إرسال الموجة)، جهاز استشعار الاستقبال (أو جهاز استقبال الموجة)، جزء التحكم وجزء إمدادات الطاقة. يتكون مستشعر جهاز الإرسال من جهاز إرسال ومحول هزاز سيراميكي يبلغ قطره حوالي 15 مم. وظيفة محول الطاقة هي تحويل طاقة الاهتزاز الكهربائية لهزاز السيراميك إلى طاقة فائقة وتشع في الهواء؛ بينما يتكون حساس الاستقبال من محول هزاز سيراميكي مكون من دائرة مضخمة، يستقبل محول الطاقة الموجة لينتج اهتزازات ميكانيكية ويحولها إلى طاقة كهربائية، والتي تستخدم كمخرج لمستقبل حساس الموجات فوق الصوتية للكشف عن المرسل الفائق. في الاستخدام الفعلي، يمكن أيضًا استخدام الهزاز الخزفي المستخدم كجهاز استشعار للإرسال. يستخدم كهزاز سيراميكي لحساس الاستقبال . يتحكم جزء التحكم بشكل أساسي في تردد سلسلة النبض، ودورة العمل، والتشكيل المتناثر، ومسافة العد والكشف التي يرسلها جهاز الإرسال.

برنامج العمل

إذا تم تطبيق جهد عالي التردد 40 كيلو هرتز على لوح السيراميك الكهرضغطي (مذبذب بلوري مزدوج) بتردد رنين 40 كيلو هرتز في مستشعر الإرسال، فإن لوح السيراميك الكهرضغطي سوف يتوسع ويتقلص وفقًا لقطبية الجهد العالي التردد المطبق، ثم يرسل موجات فوق صوتية 40 كيلو هرتز، الموجة فوق الصوتية ينتشر محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية المصنوع من مادة النحاس على شكل كثافة (يمكن تعديل درجة الكثافة بواسطة دائرة التحكم) وينتقل إلى مستقبل الموجة. يستخدم جهاز الاستقبال مبدأ التأثير الكهرضغطي الذي يستخدمه مستشعر الضغط، أي الضغط على العنصر الكهرضغطي لتسبب إجهاد العنصر الكهرضغطي، ثم جيب 40 كيلو هرتز مع قطب '+' على جانب واحد وقطب '-' على الجانب الآخر. نظرًا لأن سعة الجهد العالي التردد صغيرة، فيجب تضخيمها. تسمح أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية للسائق بالرجوع إلى الخلف بأمان. المبدأ هو اكتشاف أي عوائق على مسار الدعم أو بالقرب منه وإصدار تحذير في الوقت المناسب. يمكن لنظام الكشف المصمم أن يوفر تحذيرات مسموعة ومرئية ومسموعة ومرئية في نفس الوقت. ويشير التحذير إلى اكتشاف مسافة العوائق واتجاهها في المنطقة العمياء. وبهذه الطريقة، سواء كان ركن السيارة أو القيادة في مكان ضيق، بمساعدة نظام الكشف عن عوائق الرجوع إلى الخلف، سيتم تقليل الضغط النفسي للسائق، ويمكن للسائق اتخاذ الإجراءات اللازمة بسهولة.

ل

ملاحظة عند الاستخدام:

1. لضمان الموثوقية وعمر الخدمة الطويل، لا تستخدم المستشعر في الخارج أو حيث تكون درجة الحرارة أعلى من درجة الحرارة المقدرة.

2. يستخدم المستشعر بالموجات فوق الصوتية الهواء كوسيط نقل، لذلك عندما تكون درجة الحرارة المحلية مختلفة، قد يتسبب الانعكاس والانكسار عند الحدود في حدوث خلل، وسوف تتغير مسافة الكشف أيضًا عندما تهب الرياح. ولذلك، لا ينبغي استخدام أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية بجانب المعدات مثل أجهزة التهوية القسرية.

3. يحتوي النفاث المنبعث من فوهة الهواء على ترددات متعددة، لذلك سيؤثر على مستشعر الموجات فوق الصوتية ويجب عدم استخدامه بالقرب من المستشعر.

4. تعمل قطرات الماء الموجودة على سطح المستشعر على تقصير مسافة الكشف.

5. لا يمكن اكتشاف المواد مثل المسحوق وخيوط القطن عندما تمتص الصوت (جهاز الاستشعار العاكس).

6. يمكن استخدام جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في منطقة الفراغ أو المنطقة المقاومة للانفجار.

7. لا تستخدم جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في منطقة بها بخار. الجو في هذه المنطقة غير متساوٍ. سيتم إنشاء تدرج في درجة الحرارة، الأمر الذي سيؤدي إلى أخطاء في القياس.