اصل و کاربرد سنسور موقعیت اولتراسونیک

  امواج اولتراسوند یک اصطلاح کلی برای امواج مکانیکی است که فرکانس آنها از حد فرکانس شنوایی انسان (تقریبا 20 کیلوهرتز) بیشتر است. امواج اولتراسونیک توسط مبدل ارتعاش تحت تحریک ولتاژ تولید می شود. مبدل اندازه‌گیری فاصله دارای ویژگی‌های فرکانس بالا، طول موج کوتاه، پدیده پراش کوچک، به ویژه جهت‌گیری خوب است، قابلیت انتشار پرتو و هدایت‌شده را دارد. مبدل های اولتراسونیک به عنوان سنسورهای اولتراسونیک یا پروب های اولتراسونیک نیز شناخته می شوند. سطح سنج اولتراسونیک یک سطح سنج دیجیتالی است که توسط یک ریزپردازنده کنترل می شود. در اندازه گیری، مبدل فاصله پالس اولتراسونیک توسط سنسور (مبدل) ساطع می شود و موج صوتی توسط سطح مایع منعکس می شود و سپس توسط گیرنده اولتراسونیک دریافت می شود، توسط کریستال پیزوالکتریک یا دستگاه مغناطیسی به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود و توسط موج صوتی ارسال و دریافت می شود. زمان بین محاسبه سنسور فاصله تا سطح جسم مورد اندازه گیری. به دلیل اندازه گیری غیر تماسی، محیط اندازه گیری شده تقریبا نامحدود است،مبدل اندازه گیری فاصله اولتراسونیک می تواند به طور گسترده ای برای اندازه گیری مواد مختلف مایع و جامد استفاده شود.

  ساختار سنسور موقعیت اولتراسونیک و عملکرد آن از مبدل اولتراسونیک عمدتا از ویفرهای پیزوالکتریک تشکیل شده است که می تواند امواج صوتی را منتشر کند همچنین می تواند اولتراسوند را دریافت کند. ژنراتورهای اولتراسونیک پیزوالکتریک در واقع با رزونانس یک کریستال پیزوالکتریک کار می کنند. دارای دو ویفر پیزوالکتریک و صفحه پیزو رزونانس است. هنگامی که دو قطب مثبت آن دارای یک سیگنال پالسی است که فرکانس آن برابر با فرکانس نوسان طبیعی ویفر پیزوالکتریک است، ویفر پیزوالکتریک طنین انداز می شود و صفحه تشدید را به سمت ارتعاش سوق می دهد تا امواج اولتراسونیک تولید کند. برعکس، اگر ولتاژی بین دو الکترود اعمال نشود، هنگامی که صفحه تشدید کننده امواج اولتراسونیک را دریافت می کند،مبدل برای فاصله ، ویفر پیزوالکتریک را فشرده می کند تا ارتعاش کند، انرژی مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند و به گیرنده اولتراسونیک تبدیل می شود.

  پروب های اولتراسونیک کم توان بیشتر برای تشخیص هستند. آنها ساختارهای مختلفی دارند، مانند پروب مستقیم (موج طولی)، پروب مایل (موج عرضی)، مبدل برای فلومتر ، پروب سطحی (موج سطحی)، پروب موج بره (موج لامپ) و پروب دوگانه (یک پروب ساطع می کند، یک پروب دریافت می کند). هسته کاوشگر اولتراسونیک یک ویفر پیزوالکتریک در پوشش بیرونی آن است و انواع مختلفی از مواد تشکیل دهنده ویفر وجود دارد. اندازه ویفر مانند قطر و ضخامت نیز متفاوت است، بنابراین عملکرد هر پروب متفاوت است و قبل از استفاده باید عملکرد آن مشخص باشد. شاخص های اصلی عملکرد سنسورهای اولتراسونیک به شرح زیر است:

1. فرکانس عملیاتی فرکانس کاری از سنسور اندازه گیری فاصله اولتراسونیک فرکانس تشدید مبدل پیزوالکتریک است. هنگامی که فرکانس ولتاژ AC اعمال شده به هر دو انتها با فرکانس رزونانس مبدل برابر باشد، انرژی خروجی حداکثر و حساسیت بالاترین است.

2. دمای عملیاتی از آنجایی که نقطه کوری مواد پیزوالکتریک به طور کلی بالا است، به ویژه، کاوشگر اولتراسونیک برای تشخیص سنسور اندازه گیری فاصله قدرت کمی دارد، بنابراین دمای کار نسبتا پایین است و می تواند برای مدت طولانی بدون خرابی کار کند.