اصل مبدل اولتراسونیک

1 مقدمه

با توسعه فناوری های جدید مانند اتوماسیون، تعداد مبدل‌های اولتراسونیک در حال افزایش است و تمامی ابزار و تجهیزات مدرن در تولید صنعتی از سنسورها جدا نمی‌شوند، به‌ویژه در فرآیندهای تولید، از مبدل‌های مختلفی برای نظارت و کنترل پارامترهای مختلف فرآیند تولید مانند دما، فشار، جریان و غیره استفاده می‌شود تا دستگاه در بهترین حالت کار کند و محصول در بهترین کیفیت خود باشد. در اواسط قرن بیستم، مشخص شد که کریستال های مبدل از رسانه های خاص (مانند کریستال کوارتز، کریستال تارتارات سدیم پتاسیم، کریستال PZT و غیره) می توانند امواج اولتراسونیک با قدرت بالاتر را تحت تأثیر ولتاژ بالا و پالس باریک ایجاد کنند. این با امواج صوتی قابل شنیدن متفاوت است، می توان از آن برای جوشکاری مدارهای مجتمع و تمیز کردن داخل لوله تصویر استفاده کرد. از نظر تشخیص، مبدل عمقی دارای ویژگی های شکست و انعکاس است که شبیه امواج نور است و می توان از نانو آشکارسازهای اولتراسونیک استفاده کرد. این کشتی غرق شده در بستر دریا و زیردریایی های دشمن را شناسایی می کند. سونوگرافی در حال حاضر به بسیاری از بخش های زندگی ما نفوذ کرده است، مانند سونوگرافی B، کنترل از راه دور، تست های غیر مخرب ضد سرقت و غیره.

2. مفهوم اولتراسوند

مردم می توانند بشنوند که صدا از ارتعاش جسم ایجاد می شود. فرکانس آن در محدوده 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز است که به آن موج صوتی قابل شنیدن می گویند. ارتعاشات مکانیکی زیر 20 هرتز برای گوش انسان قابل شنیدن نیست که امواج فروصوت نامیده می شود. ارتعاشات مکانیکی بالای 20 کیلوهرتز امواج اولتراسونیک نامیده می شوند و معمولاً برای فرکانس های فراصوت استفاده می شوند. مبدل اکو-صدای اولتراسونیک از ده ها کیلوهرتز تا ده ها مگاهرتز است. امواج اولتراسونیک نوسانات مکانیکی در محیط الاستیک هستند. دو شکل وجود دارد: نوسان جانبی (موج عرضی) و نوسان طولی (موج طولی). برنامه های مورد استفاده در صنعت اغلب از نوسانات طولی استفاده می کنند. امواج اولتراسونیک می توانند در گازها، مایعات و جامدات حرکت کنند، اما با سرعت انتشار متفاوت. علاوه بر این، دارای پدیده های انکسار و انعکاس پوسیدگی در حین انتشار است. فرکانس امواج اولتراسونیک در حال انتشار در هوا نسبتا کم است، به طور کلی ده ها کیلوهرتز است، اما تضعیف سریعتر است. فرکانس انتشار در جامدات و مایعات بیشتر است، اما تضعیف کمتر و انتشار دورتر است.

3. ویژگی های سونوگرافی

جهت دهی نصب مبدل اولتراسونیک خوب است، واگرایی آن آسان نیست و انرژی متمرکز است. بنابراین قدرت نفوذ زیاد است و اتلاف انرژی پس از نفوذ به ورق فولادی با ضخامت چند متر کم است. امواج اولتراسونیک می توانند انعکاس و انکسار قابل توجهی را در هنگام برخورد با رابط بین دو رسانه ایجاد کنند. این پدیده شبیه امواج نور است. فرکانس بالاتر اولتراسونیک است مبدل برای فلومتر ، جهت میدان صوتی بهتر است و ویژگی های بازتاب و شکست موج نور نزدیک تر است. با استفاده از ویژگی های امواج مافوق صوت می توان از سنسورهای مختلف اولتراسونیک استفاده کرد و از مدارهای مختلف برای ساخت ابزارها و دستگاه های مختلف اندازه گیری اولتراسونیک استفاده کرد و به طور گسترده در ارتباطات زیر آب، پزشکی و لوازم خانگی استفاده می شود.

4. اصل سنسور اولتراسونیک

سنسور اولتراسونیک سنسوری است که با استفاده از ویژگی های امواج مافوق صوت توسعه یافته است و از یک حسگر فرستنده، یک سنسور گیرنده، یک بخش کنترل و یک بخش منبع تغذیه تشکیل شده است. سنسور فرستنده از یک فرستنده و مبدل ویبراتور پیزو سرامیکی با قطر حدود 15 میلی متر تشکیل شده است. توابع از مبدل فلومتر اولتراسونیک برای تبدیل انرژی ارتعاش الکتریکی ویبراتور سرامیکی به انرژی فوق العاده و تابش در هوا است. سنسور دریافت کننده یک مبدل ویبراتور پیزو سرامیکی است. از یک مدار تقویت کننده، گیرنده تشکیل شده است سنسور اولتراسونیک 2 مگاهرتز برای تولید ارتعاشات مکانیکی، تبدیل آنها به انرژی الکتریکی و به عنوان خروجی گیرنده سنسور برای تشخیص امواج فراصوت ارسال شده عمل می کند. در استفاده واقعی، ویبراتور سرامیکی پیزو برای سنسور انتقال استفاده می شود که می تواند به عنوان ویبراتور سرامیکی روی سنسور گیرنده نیز استفاده شود. این قطعه عمدتا فرکانس پالس، چرخه وظیفه، مدولاسیون و شمارش پراکنده و فاصله تشخیص ارسال شده توسط فرستنده را کنترل می کند. منبع تغذیه سنسور سطح روغن اولتراسونیک می تواند 10% ± DC12V یا 10 ± 24 ولت باشد.