مبدأ العمل وهيكل جهاز استشعار مستوى السائل بالموجات فوق الصوتية

مبدأ العمل  

أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هي أجهزة استشعار تم تطويرها باستخدام خصائص الموجات فوق الصوتية. محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية تحت الماء عبارة عن موجة ميكانيكية ذات تردد اهتزاز أعلى من الموجات الصوتية. يتم إنشاؤه بواسطة اهتزاز شريحة محول الطاقة تحت إثارة الجهد. لديها تردد عالي، طول موجي قصير، ظاهرة حيود صغيرة، اتجاه جيد بشكل خاص، ويمكن توجيهها إلى الأشعة. الانتشار وخصائص أخرى. تتمتع الموجات فوق الصوتية بقدرة كبيرة على اختراق السوائل والمواد الصلبة، خاصة في المواد الصلبة غير الشفافة لأشعة الشمس. ويمكن أن تصل إلى عمق عشرات الأمتار. عندما تضرب الموجات فوق الصوتية النجاسة أو الواجهة،سينتج محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية  انعكاسًا كبيرًا ليشكل صدى، ويمكن أن ينتج تأثير دوبلر عندما يصطدم بجسم متحرك. ولذلك، يتم استخدام اختبار الموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في الصناعة والدفاع الوطني والطب الحيوي وغيرها من الجوانب. يتم استخدام الموجات فوق الصوتية كوسيلة للكشف، ومن الضروري توليد واستقبال الموجات فوق الصوتية. الجهاز الذي ينجز هذه الوظيفة هو جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية، والذي يسمى عادة محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية، أو مسبار الموجات فوق الصوتية. 

الهيكل والتكوين  

يتكون قياس عمق محول الطاقة بالموجات فوق 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 (موجة لام)، مسبار مزدوج (انعكاس مسبار واحد، استقبال مسبار واحد) انتظر. جوهر جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هو شريحة كهرضغطية في غلافها البلاستيكي أو المعدني. يمكن أن يكون هناك العديد من أنواع المواد التي تشكل الرقاقة. يختلف أيضًا حجم الرقاقة، مثل القطر والسمك، لذا يختلف أداء كل مستشعر، ويجب أن نعرف أدائه قبل الاستخدام. 

مؤشرات الأداء الرئيسية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

(1) تردد التشغيل. تردد العمل هو تردد الرنين للرقاقة الكهرضغطية. عندما يكون تردد جهد التيار المتردد المطبق على طرفيه مساوياً لتردد الرنين للرقاقة، تكون طاقة الخرج هي الأعلى والحساسية هي الأعلى. 

(2) درجة حرارة العمل. نظرًا لأن نقطة كوري للمواد الكهرضغطية مرتفعة نسبيًا بشكل عام، خاصة عندما يستخدم مسبار الموجات فوق الصوتية المستخدم للتشخيص طاقة منخفضة، تكون درجة حرارة العمل منخفضة نسبيًا، ويمكن أن تعمل لفترة طويلة دون فشل. تتمتع أجهزة الاستشعار الطبية بالموجات فوق الصوتية بدرجات حرارة عالية نسبيًا وتتطلب معدات تبريد منفصلة. 

(3) الحساسية. يعتمد بشكل أساسي على رقاقة التصنيع نفسها. معامل الاقتران الكهروميكانيكي كبير والحساسية عالية؛ على العكس من ذلك، فإن الحساسية منخفضة. 

مثل أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية، يتم تثبيت الهزاز المركب بمرونة على القاعدة. الهزاز المركب عبارة عن مزيج من الرنان وهزاز عنصر ثنائي الشكل يتكون من لوح معدني وصفيحة سيراميكية كهرضغطية. الرنان على شكل قرن، والغرض منه هو إشعاع الموجات فوق الصوتية الناتجة عن الاهتزاز بشكل فعال، وتركيز الموجات فوق الصوتية بشكل فعال في مركز الهزاز. 

يجب أن تتمتع أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية للاستخدام الخارجي بخصائص إغلاق جيدة لمنع تسرب الندى والمطر والغبار. يتم تثبيت السيراميك الكهرضغطي في الجزء العلوي من الصندوق المعدني من الداخل. يتم تثبيت القاعدة على الطرف المفتوح للصندوق ومغطاة بالراتنج. بالنسبة لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية المستخدمة في الروبوتات الصناعية، يجب أن تكون دقة 1 مم وإشعاع قوي بالموجات فوق الصوتية.