ما هي أجهزة الاستشعار محول بالموجات فوق الصوتية

تم تطوير مستشعرات محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية 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 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، 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

تتكون محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية بشكل رئيسي من رقائق كهرضغطية، يمكن لمحول الطاقة بالموجات فوق الصوتية 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 التحقيق بالموجات فوق الصوتية هو رقاقة استشعار بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية 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. تشمل مؤشرات الأداء الرئيسية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ما يلي:

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 ستكون الأعلى، وستكون الحساسية هي الأعلى.

درجة حرارة التشغيل

نظرًا لأن نقطة كوري للمواد الكهرضغطية تكون مرتفعة نسبيًا بشكل عام، خاصة بالنسبة للمسبارات فوق الصوتية للتشخيص

جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية

الطاقة صغيرة، وبالتالي فإن درجة حرارة العمل منخفضة نسبيًا، ويمكن أن تعمل لفترة طويلة دون فشل. درجة حرارة مجسات الموجات فوق الصوتية الطبية مرتفعة نسبيًا وتتطلب معدات تبريد منفصلة.

حساسية

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

الاتجاهية

نطاق الكشف عن أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

التطبيق الرئيسي

يتم تطبيق تكنولوجيا الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في جوانب مختلفة من ممارسة الإنتاج، والتطبيق الطبي هو أحد التطبيقات الرئيسية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية، وفيما يلي يستخدم الطب كمثال لتوضيح تطبيق تكنولوجيا الاستشعار بالموجات فوق الصوتية. إن تطبيق محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية الكهروإجهادية في الطب يهدف بشكل أساسي إلى تشخيص الأمراض، وقد أصبح وسيلة تشخيص 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، تم إعاقة العديد من التقنيات لأنها لم تكن قادرة على اكتشاف الجزء الداخلي من أنسجة الجسم. 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 تطبيق أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في المستقبل، سيتم دمج الموجات فوق الصوتية مع تكنولوجيا المعلومات وتكنولوجيا المواد الجديدة، وسوف تظهر أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية أكثر ذكاء وحساسية للغاية.

تطبيق تكنولوجيا أجهزة الاستشعار عن بعد 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 الشوائب 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.

تطبيق ملموس

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، وصناعة الزجاجات، ومناولة 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. استخدام تقنية الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لمنع الدواسة الخاطئة. قامت نيسان بتطوير 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 السيارات'، إذا كان السائق سيضغط على الفرامل عند الضغط على دواسة البنزين. 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. تستخدم الكاميرات الأربع كاميرا 'شاشة العرض المحيطي' التي تعرض منظرًا شاملاً للمناطق المحيطة بالسيارة. 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: 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 ل أجهزة استشعار محول المسافة بالموجات فوق الصوتية هي 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 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 بالموجات فوق الصوتية مناسب للنطاق والتحكم في أجهزة الاستشعار بالموجات 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. خصائصه هي أنه مقاوم للماء (ولكن لا يمكن وضعه في الماء)، ويمكن استخدامه كمفتاح لمستوى المواد والقرب، وأداءه أفضل. هناك ثلاثة أنواع أساسية لتطبيقات الموجات فوق الصوتية، نوع الإرسال يستخدم للتحكم عن بعد، إنذار مضاد للسرقة، الباب الأوتوماتيكي، مفتاح القرب، نوع الانعكاس المنفصل يستخدم لقياس المسافة، مستوى السائل أو مستوى المواد؛ 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 مستشعر الاستقبال من محول هزاز سيراميكي يتكون 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 قمت بإرسال بلورة سيراميك كهرضغطية (مذبذب بلوري مزدوج) بتردد رنين 40 كيلو هرتز في المستشعر. يطبق المستشعر بالموجات فوق الصوتية جهدًا عالي التردد يبلغ 40 كيلو هرتز، وتتوسع ورقة السيراميك الكهرضغطية وتتقلص وفقًا لقطبية الجهد العالي التردد المطبق، ثم ترسل موجات فوق صوتية بتردد 40 كيلو هرتز، والتي تنتشر في شكل كثافة (يمكن تعديل درجة الكثافة بواسطة دائرة التحكم)، وتمريرها 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 أن يوفر الكشف المصمم لمحول الطاقة عن بعد بالموجات فوق الصوتية تحذيرات صوتية وخفيفة مسموعة 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.

وضع التشغيل

يستخدم المستشعر بالموجات فوق الصوتية وسط الموجات الصوتية بالموجات فوق الصوتية لإجراء اكتشاف غير ملامس وخالي من التآكل للكائن المكتشف. يمكن لجهاز 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.