ما هو مستشعر محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية؟

U فوق الصوتية  بالموجات المسافة  t Ransducers هي أجهزة استشعار تم تطويرها باستخدام خصائص الموجات فوق الصوتية. الموجات فوق الصوتية هي موجة ميكانيكية ذات تردد اهتزاز أعلى من الموجات الصوتية. يتم إنشاؤه بواسطة اهتزاز شريحة محول الطاقة تحت إثارة الجهد. لديها تردد عالٍ، وطول موجي قصير، وظاهرة حيود صغيرة، واتجاهية جيدة 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، فإنها ستنتج انعكاسًا كبيرًا لتشكل صدى، ويمكن أن تنتج تأثير دوبلر عندما تضرب جسمًا متحركًا. تسمى أجهزة الاستشعار التي تم تطويرها بناءً على خصائص الموجات فوق الصوتية 'أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية' وتستخدم على نطاق واسع في الصناعة والدفاع الوطني والطب الحيوي.

 

عنصر

يتكون مسبار الموجات 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 لامب (موجة لامب)، مسبار مزدوج (يتم إرسال مسبار واحد، يتم استقبال مسبار واحد) انتظر.

 

أداء

جوهر مسبار الموجات فوق الصوتية هو شريحة استشعار بالموجات فوق الصوتية 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 مسبار، ويجب أن نعرف أدائه قبل الاستخدام. مؤشرات الأداء الرئيسية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية.

 

تردد العمل

تردد العمل هو تردد الرنين للرقاقة الكهرضغطية. عندما يكون تردد جهد التيار المتردد المطبق على طرفيه مساوياً لتردد الرنين للرقاقة، فإن طاقة الخرج تكون الحد الأقصى، وتكون الحساسية عالية أيضًا.

 

درجة حرارة التشغيل

نظرًا لأن نقطة كوري للمواد الكهرضغطية مرتفعة نسبيًا بشكل عام، فإن مستشعر الموجات فوق الصوتية المستخدم للتشخيص لديه طاقة منخفضة، وبالتالي فإن درجة حرارة العمل منخفضة نسبيًا، ويمكن أن يعمل لفترة طويلة دون فشل. درجة حرارة مجسات الموجات فوق الصوتية الطبية مرتفعة نسبيًا وتتطلب معدات تبريد منفصلة. تعتمد الحساسية بشكل أساسي على رقاقة التصنيع نفسها. معامل الاقتران الكهروميكانيكي كبير والحساسية عالية؛ على العكس من ذلك، فإن الحساسية منخفضة. نطاق الكشف عن جهاز استشعار الموجات فوق الصوتية الاتجاهي.

 

التطبيق الرئيسي

يتم تطبيق تكنولوجيا الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في جوانب مختلفة من ممارسة الإنتاج، والتطبيقات الطبية هي أحد التطبيقات الرئيسية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية. فيما يلي يستخدم الطب كمثال لتوضيح تطبيق تكنولوجيا الاستشعار بالموجات فوق الصوتية. إن تطبيق الموجات فوق الصوتية في الطب يهدف بشكل رئيسي إلى تشخيص الأمراض، وقد أصبح وسيلة تشخيصية لا غنى عنها في الطب السريري. مزايا التشخيص بالموجات فوق الصوتية هي: عدم وجود ألم، عدم وجود ضرر للممتحن، طريقة بسيطة، تصوير واضح، دقة تشخيصية عالية، وما إلى ذلك. لذلك، من السهل الترويج له ويرحب به العاملون الطبيون والمرضى. يمكن أن يعتمد التشخيص بالموجات فوق الصوتية على مبادئ طبية مختلفة. دعونا نلقي نظرة على إحدى الطرق التمثيلية المسماة بطرق النوع A. تستخدم هذه الطريقة انعكاس الموجات فوق الصوتية. عندما تنتشر الموجات فوق الصوتية في الأنسجة البشرية وتواجه واجهتين للوسائط لهما ممانعات صوتية مختلفة، يتم إنشاء أصداء منعكسة في الواجهة. في كل مرة يتم فيها مواجهة سطح عاكس، يتم عرض الصدى على شاشة راسم الذبذبات، ويحدد فرق المعاوقة بين الواجهتين أيضًا سعة الصدى. في الصناعة، التطبيقات النموذجية للموجات فوق الصوتية هي الاختبارات غير المدمرة للمعادن وقياس سمك الموجات فوق الصوتية. في الماضي، تعرقلت العديد من التقنيات بسبب عدم القدرة على اكتشاف الجزء الداخلي من أنسجة الجسم. وقد أدى ظهور تكنولوجيا الاستشعار بالموجات فوق الصوتية إلى تغيير هذا الوضع. وبطبيعة الحال، يتم تثبيت المزيد من أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية بشكل ثابت على أجهزة مختلفة للكشف 'بهدوء' عن الإشارات التي يحتاجها الأشخاص. في التطبيق المستقبلي لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية، سيتم دمج الموجات فوق الصوتية مع تكنولوجيا المعلومات وتكنولوجيا المواد الجديدة، وستظهر أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية أكثر ذكاءً وحساسية للغاية.

 

تطبيق تكنولوجيا استشعار المسافة بالموجات فوق الصوتية

تتمتع الموجات فوق الصوتية بقدرة كبيرة على اختراق السوائل والمواد الصلبة، وخاصة في المواد الصلبة غير الشفافة، حيث يمكنها اختراق عمق عشرات الأمتار. عندما تضرب الموجات فوق الصوتية النجاسة أو الواجهة، فإنها ستنتج انعكاسًا كبيرًا لتشكل صدى، ويمكن أن تنتج تأثير دوبلر عندما تضرب جسمًا متحركًا. لذلك، يتم استخدام الاختبار بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في الصناعة، والدفاع الوطني، والطب الحيوي، وما إلى ذلك. يمكن استخدام مستشعرات المسافة بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في مراقبة المستوى (مستوى السائل)، ومكافحة الاصطدام الآلي، ومفاتيح القرب بالموجات فوق الصوتية المختلفة، وأجهزة إنذار ضد السرقة وغيرها من المجالات ذات الصلة. إنها موثوقة في العمل، وسهلة التركيب، ومقاومة للماء، وزاوية إطلاق صغيرة، وحساسية عالية، وهي مريحة للاتصال بأدوات العرض الصناعية، كما يتم توفير مجسات بزوايا إطلاق أكبر.

 

1. يمكن لجهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية اكتشاف حالة الحاوية. عندما يتم تثبيت جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية على الجزء العلوي من خزان صهر البلاستيك أو غرفة الحبيبات البلاستيكية، عندما تنبعث الموجات الصوتية إلى الحاوية، يمكن تحليل حالة الحاوية وفقًا لذلك، مثل ممتلئة أو فارغة أو نصف ممتلئة.

2. يمكن استخدام أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لكشف الأجسام الشفافة، والسوائل، وأي مواد كثيفة ذات أسطح خشنة وناعمة وخفيفة، والأجسام غير المنتظمة. ولكنها ليست مناسبة للبيئة الخارجية أو الساخنة أو خزان الضغط والأشياء الرغوية.

3. يمكن استخدام أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في مصانع تجهيز الأغذية لتحقيق نظام التحكم في الحلقة المغلقة للكشف عن العبوات البلاستيكية. باستخدام التكنولوجيا الجديدة، يمكنه الكشف في الحلقة الرطبة، مثل غسالة الزجاجات، وبيئة الضوضاء، والبيئة ذات التغيرات الشديدة في درجات الحرارة.

4. يمكن استخدام أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية للكشف عن مستوى السائل، والكشف عن الأشياء والمواد الشفافة، والتحكم في التوتر وقياس المسافات، بشكل أساسي للتغليف، وصنع الزجاجات، ومعالجة المواد، وفحص الفحم، ومعالجة البلاستيك، وصناعات السيارات. يمكن استخدام أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لمراقبة العمليات لتحسين جودة المنتج واكتشاف العيوب وتحديد التواجد والجوانب الأخرى.

باستخدام تقنية الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لمنع الضغط على الدواسة الخاطئة، طورت نيسان وظيفة لمنع السيارة من التسارع عن طريق الضغط على دواسة الوقود عن طريق الخطأ عندما تكون الفرامل على وشك الضغط. عند استخدام الكاميرات وأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لاستنتاج حالة 'الوقوف في موقف للسيارات'، إذا قام السائق بالضغط على دواسة الوقود، فسيقوم بذلك بالضغط على الفرامل. ومن المقرر أن يتم وضع هذه التكنولوجيا موضع التنفيذ العملي خلال 2 إلى 3 سنوات. تم تطوير تقنية الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لمنع الحوادث الناجمة عن الضغط على الفرامل ودواسة الوقود بشكل خاطئ عند ركن السيارة في موقف السيارات. ويتم تحقيق هذه التقنية باستخدام أربع كاميرات مجهزة بواحدة في الأمام والخلف واليسار واليمين للسيارة، وثمانية أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية في المصد الأمامي والمصد الخلفي. تستمر الكاميرات الأربع في استخدام كاميرا 'شاشة العرض المحيطي' التي تعرض منظرًا شاملاً لمحيط السيارة. استخدم الكاميرا للتعرف على الخطوط البيضاء للاستدلال على وجود السيارة في موقف السيارات، واستخدم مستشعر الموجات فوق الصوتية لقياس المسافة بين السيارة والعوائق المحيطة لتحديد توقيت الكبح. يتم تنفيذ الوقاية من الحوادث الناجمة عن الضغط على الفرامل ودواسة الوقود بشكل خاطئ في خطوتين. عندما يريد السائق التوقف في موقف السيارات، إذا ضغط على دواسة الوقود، فإنه يقوم أولاً بتقليل السرعة إلى سرعة زاحفة، ويستخدم الرمز الموجود على لوحة القيادة للإشارة إلى الخطر، ويطلق إنذارًا. إذا استمر السائق في الضغط على دواسة الوقود وكان على وشك الاصطدام بجدار أو بأشياء أخرى، فسيتم الضغط على الفرامل. توقيت الفرملة هو * يمكن أن تتوقف السيارة عندما تكون على بعد حوالي 20 إلى 30 سم من العائق.

 

مبدأ العمل

يمكن للناس سماع الصوت الناتج عن اهتزاز الجسم، ويكون تردده ضمن نطاق مستشعر الموجات فوق الصوتية 20 هرتز - 20 كيلو هرتز، ويسمى أكثر من 20 كيلو هرتز بالموجات فوق الصوتية، ويسمى أقل من 20 هرتز بالموجات فوق الصوتية. يتراوح تردد الموجات فوق الصوتية شائع الاستخدام من عشرات كيلو هرتز إلى عشرات ميجا هرتز. الموجات فوق الصوتية هي نوع من التذبذب الميكانيكي في الوسط المرن، ولها شكلين: التذبذب العرضي (موجة عرضية) والتذبذب الطولي (موجة طولية). التطبيق في الصناعة يعتمد بشكل رئيسي 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 المنتشرة في الهواء منخفض، بشكل عام 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 مستشعر محول بالموجات فوق الصوتية هي البلورات الكهرضغطية (الانقباض الكهربائي) وسبائك النيكل والحديد والألومنيوم (الانقباض المغناطيسي). 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 استخدام بعض أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية للإرسال والاستقبال. يتم تقديم أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية الصغيرة فقط هنا. 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 مناسب لأجهزة استشعار المدى والموجات فوق الصوتية 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). خصائصه هي أنه مقاوم للماء (ولكن لا يمكن وضعه في الماء)، ويمكن استخدامه كمفتاح لمستوى المواد والقرب، وأداءه 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 أ يتكون محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية .من دائرة مكبر للصوت، يستقبل محول الطاقة الموجة لإنتاج اهتزاز ميكانيكي، ويحولها إلى طاقة كهربائية، كمخرج لجهاز استقبال المستشعر، وذلك للكشف عن الإرسال الفائق. في الاستخدام الفعلي، يمكن أيضًا استخدام الهزاز الخزفي المستخدم كجهاز استشعار للإرسال. يستخدم كهزاز سيراميكي لشركة حساسات الريسيفر. يتحكم جزء التحكم بشكل أساسي في تردد سلسلة النبض، ودورة العمل، والتعديل والعد المتناثر، ومسافة الكشف المرسلة بواسطة جهاز الإرسال.

 

برنامج العمل

إذا تم تطبيق جهد عالي التردد 40 كيلو هرتز على لوح السيراميك الكهرضغطي (مستشعر الموجات فوق الصوتية الهزاز البلوري المزدوج) بتردد رنين قدره 40 كيلو هرتز في مستشعر الإرسال، فإن لوح السيراميك الكهرضغطي سوف يتوسع ويتقلص وفقًا لقطبية الجهد العالي التردد المطبق، ثم ينقل تردد 40 كيلو هرتز، يتم إرسال الموجات فوق الصوتية في شكل كثافة وكثافة (يمكن تعديل درجة الكثافة بواسطة دائرة التحكم)، وهي تنتقل إلى جهاز استقبال الموجة. يستخدم جهاز الاستقبال مبدأ التأثير الكهرضغطي الذي يستخدمه مستشعر الضغط، أي الضغط على العنصر الكهرضغطي للتسبب في إجهاد العنصر الكهرضغطي، ثم جيب 40 كيلو هرتز مع قطب '+' على جانب واحد وقطب '-' على الجانب الآخر الجهد. 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 صوتية وخفيفة ومسموعة ومرئية في نفس الوقت. ويشير التحذير إلى اكتشاف مسافة العوائق واتجاهها في المنطقة العمياء. وبهذه الطريقة، سواء 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.

 

وضع التشغيل

يستخدم المستشعر بالموجات فوق الصوتية وسط موجة صوتية لإجراء اكتشاف غير ملامس وخالي من التآكل للكائن المكتشف. جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية. يمكن لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية اكتشاف الأجسام الشفافة أو الملونة، والأشياء المعدنية أو غير المعدنية، والمواد الصلبة والسائلة والبودرة. لا يتأثر أداء الكشف الخاص به بأي ظروف بيئية، بما في ذلك بيئات الدخان والغبار والأيام الممطرة.