کاربرد مبدل اولتراسونیک در اتوماسیون صنعتی

نمونه های کاربردی معمول سنسورهای اولتراسونیک

 

سنسورهای مبدل اولتراسونیک زمانی برای کار بسیار دشوار یا گران قیمت در نظر گرفته می شدند، اما با کاهش هزینه و سهولت استفاده، طراحان مکانیکی بیشتر و بیشتر از سنسورهای اولتراسونیک در طراحی ماشین ها استفاده می کنند. حوزه‌های کاربرد صنعتی حسگرهای اولتراسونیک شامل تشخیص شرایط پر شدن، تشخیص اشیاء و مواد بازتابنده، کنترل انبساط طناب‌های حلقه و اندازه‌گیری فواصل است که در زیر چند نمونه کاربردی آورده شده است:

 

در کارگاه پر کردن، بطری را بررسی کنید

 

نکات کلیدی برای انتخاب سنسور اولتراسونیک:

 

محدوده و اندازه، اندازه شی شناسایی شده بر محدوده موثر تاثیر می گذارد مبدل دامنه مافوق صوت ، حسگر باید سطح مشخصی از امواج صوتی را تشخیص دهد تا برای سیگنال‌های خروجی برانگیخته شود، یک جسم بزرگتر می‌تواند بیشتر امواج صوتی را به سنسور منعکس کند، بنابراین حسگر می‌تواند جسم را در محدوده‌های خود حس کند، و یک جسم کوچک تنها می‌تواند امواج صوتی بسیار کمی را منعکس کند، بنابراین به طور قابل توجهی محدوده سنجش را کاهش می‌دهد.

 

جسمی که باید اندازه گیری شود، شی ایده آلی است که می توان آن را تشخیص داد مبدل های اولتراسونیک pzt باید یک جسم بزرگ، مسطح و با چگالی بالا باشد که به صورت عمودی رو به سطح حسگر سنسور قرار گیرد. تشخیص آنهایی که مساحت A آنها بسیار کوچک است یا از مواد جاذب صدا مانند پلاستیک فوم ساخته شده اند یا گوشه ای رو به سنسور دارند، دشوار است. برخی از اشیایی که تشخیص آنها دشوار است را می توان ابتدا به سطح پس زمینه جسم آموزش داد و سپس به جسمی که بین سنسور و پس زمینه قرار می گیرد پاسخ داد.

 

هنگامی که برای اندازه گیری مایع استفاده می شود، سطح مایع باید به صورت عمودی با سنسور اولتراسونیک روبرو شود. اگر سطح مایع بسیار ناهموار است، زمان پاسخ سنسور باید بیشتر تنظیم شود. میانگین این تغییرات را می گیرد و می تواند قرائت ثابت را مقایسه کند. انتخاب کنید. با بهبود سطح اتوماسیون صنعتی در جهان، برنامه های کاربردی پیچیده تری وجود دارد که همچنین الزامات بیشتر و بالاتری را برای عملکرد سنسورها مطرح می کند. در این زمینه سنسورهایی از انواع و اصول مختلف پدید آمده اند که سنسورهای اولتراسونیک یکی از آنهاست.

 

اولین چیزی که باید توضیح داد این است که امواج اولتراسونیک چیست: همه ما می دانیم که صدا توسط ارتعاش تولید می شود. نوعی موج است که در جهات دیگر به صورت ارتعاش در هوا یا رسانه های دیگر منتشر می شود. امواج صوتی از مبدل های اولتراسونیک pzt با فرکانس بین 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز توسط گوش انسان قابل تشخیص نیستند. بنابراین امواج صوتی با فرکانس ارتعاش بالاتر از 20 کیلوهرتز را امواج اولتراسونیک می نامیم. دارای ویژگی های فرکانس بالا، طول موج کوتاه، پدیده پراش کوچک، به ویژه جهت گیری خوب و انتشار جهتی است. امواج اولتراسونیک زمانی که با ناخالصی ها یا واسط هایی برای ایجاد پژواک مواجه می شوند، بازتاب قابل توجهی ایجاد می کنند. سنسورهای اولتراسونیک حسگرهایی هستند که سیگنال های اولتراسونیک را به سیگنال های انرژی دیگر، معمولا سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند.

 

در اصل، سنسورهای اولتراسونیک را می توان به چهار دسته تقسیم کرد: سنسورهای اندازه گیری اولتراسونیک، سنسورهای مجاورت اولتراسونیک، سنسورهای اولتراسونیک صفحه بازتابنده و سنسورهای اولتراسونیک MARPOSS از طریق پرتو. در بین این چهار نوع محصول، اولتراسونیک صفحه بازتابی و اولتراسونیک پرتوی از همان اصل بازتاب آینه و فوتوالکتریک عبوری در سنسورهای فوتوالکتریک هستند که بسیار ساده هستند و نیازی به معرفی بیشتر ندارند.

 

سنسور محدوده التراسونیک و سنسور مجاورت اولتراسونیک معمولی ترین و پرکاربردترین هستند. اصول کار آنها یکسان است، با این تفاوت که یک خروجی یک مقدار سوئیچ و دیگری یک مقدار آنالوگ است. اصل به شرح زیر است:

 

حالت راه اندازی:

 

1. حسگر دسته ای از امواج/ پالس های صوتی را تحت عمل نوسانگر الکترونیکی تولید می کند و سپس این امواج صوتی به هوای اطراف ارسال می شود.

 

2. امواج صوتی از سنسور به هدف منتقل می شود.

 

3. سنسور را به حالت دریافت تغییر دهید.

 

حالت دریافت:

1. بخشی از پژواک منعکس شده توسط جسم به سنسور باز می گردد.

 

2. ریزپردازنده حسگر زمان t استفاده شده برای انتقال و دریافت را محاسبه می کند. (اگر سرعت صوت در محیط v باشد، فاصله سنسور تا هدف برابر است: S=v*t/2)

 

3. ریزپردازنده سیگنال خروجی را برای نمایش فاصله یا مقدار سوئیچ هدایت می کند.

 

به این ترتیب یک فرآیند کار کامل تکمیل می شود و اصل آن نیز بسیار ساده است.

 

بعد سوال کاربرد است. هر چند سنسورهای مبدل سطح اولتراسونیک و حسگرهای فوتوالکتریک می توانند در برخی از کاربردها جایگزین یکدیگر شوند، در اکثر مواقع آنها در واقع مکمل یکدیگر هستند.

 

مزایای سنسورهای اولتراسونیک نسبت به سنسورهای فوتوالکتریک:

 

می تواند موانع کوچک را دور بزند (مانند گرد و غبار، فوتوالکتریک مطلقاً در این محیط مجاز نیست).

 

می تواند موقعیت مایع را اندازه گیری کند. (به عنوان مثال برای نظارت بر سطح مایع)

 

می تواند اجسام شفاف را اندازه گیری کند. (مانند وجود یا عدم وجود شیشه یا اطلاعات جابجایی)

 

تحت تأثیر رنگ سطح جسم قرار نمی گیرد. (سطوح بسیار تیره یا بسیار روشن)

 

سنسورهای اولتراسونیک را می توان در محیط های روغنی استفاده کرد. (حتی اگر روی سطح حسگر روغن پاشیده شود، سنسور همچنان می تواند به طور عادی کار کند، اما اگر روغن روی سطح انتقال و دریافت سنسور فوتوالکتریک پاشیده شود، فوتوالکتریک کار نخواهد کرد)