دانش مرتبط با سنسورهای مبدل اولتراسونیک

مقدمه اولیه:

سنسور مبدل های اولتراسونیک با استفاده از ویژگی های اولتراسوند توسعه یافته است. دارای ویژگی های فرکانس بالا، طول موج کوتاه، پدیده پراش کوچک، به ویژه جهت دهی خوب است که می تواند به پرتو تبدیل شود و به صورت جهت منتشر شود. امواج اولتراسونیک توانایی زیادی در نفوذ به مایعات و جامدات دارند. امواج مافوق صوت هنگام مواجهه با ناخالصی ها یا واسط ها باعث ایجاد انعکاس قابل توجهی می شوند و پژواک ایجاد می کنند و در هنگام برخورد با اجسام متحرک می توانند اثرات داپلر ایجاد کنند. بنابراین تست اولتراسونیک در صنعت، دفاع ملی، زیست پزشکی و ... کاربرد زیادی دارد. دستگاهی که این عملکرد را انجام می دهد یک حسگر اولتراسونیک است که معمولاً به آن مبدل اولتراسونیک یا پروب اولتراسونیک می گویند.

 جزء:

پروب موج آکوستیک عمدتا از ویفرهای پیزوالکتریک تشکیل شده است که می تواند امواج اولتراسونیک را ارسال و دریافت کند. پروب های سونوگرافی کم توان بیشتر برای تشخیص استفاده می شوند. ساختارهای مختلفی دارد که می توان آنها را به کاوشگر مستقیم (موج طولی)، پروب مورب (موج عرضی)، پروب موج سطحی (موج سطحی)، پروب (موج بره)، پروب دوتایی (یک انعکاس پروب، یک دریافت پروب) و غیره تقسیم کرد.

اصل کار:

مردم می توانند صدا را بشنوند زیرا ارتعاش جسم در محدوده 20 کیلوهرتز است، بیش از 20 کیلوهرتز فراصوت و کمتر از 20 هرتز مادون صوت نامیده می شود. 

سونوگرافی نوعی نوسان مکانیکی در محیط کشسان است که به دو صورت نوسان عرضی (موج عرضی) و نوسان طولی (موج طولی) می باشد. کاربرد در صنعت عمدتاً از نوسانات طولی استفاده می کند. امواج اولتراسونیک می توانند در گازها، مایعات و جامدات منتشر شوند و سرعت انتشار آنها متفاوت است. علاوه بر این، دارای پدیده های انکسار و انعکاس و تضعیف در هنگام انتشار نیز می باشد. فرکانس امواج اولتراسونیک سطح سنج اولتراسونیک بدون تماس در هوا کم است، به طور کلی ده ها KHZ، در حالی که در جامدات و مایعات، فرکانس می تواند بالاتر باشد. تضعیف در هوا سریعتر است، در حالی که در مایع و جامد پخش می شود، میرایی کم است و گسترش طولانی تر است. با استفاده از ویژگی های اولتراسوند، می توان آن را به حسگرهای مختلف اولتراسونیک، مجهز به مدارهای مختلف، و ابزارها و دستگاه های اندازه گیری اولتراسونیک مختلف ساخت و به طور گسترده در ارتباطات، لوازم پزشکی و سایر جنبه ها استفاده می شود.

مواد اصلی از مبدل اولتراسونیک 200 کیلوهرتز کریستال پیزوالکتریک (الکتریسیته) و آلیاژ نیکل-آهن-آلومینیوم (مغناطیسی) است. مواد الکتریسیته شامل سرب زیرکونات تیتانات (PZT) و غیره است. سنسور اولتراسونیک متشکل از کریستال پیزوالکتریک یک سنسور برگشت پذیر است. می تواند انرژی الکتریکی را به نوسان مکانیکی برای تولید امواج اولتراسونیک تبدیل کند. در عین حال، هنگامی که امواج مافوق صوت را دریافت می کند، می تواند به انرژی الکتریکی نیز تبدیل شود، بنابراین می توان آن را به فرستنده یا گیرنده تقسیم کرد. برخی از سنسورهای اولتراسونیک هم می توانند ارسال و هم دریافت کنند. فقط سنسور اولتراسونیک کوچک در اینجا معرفی شده است. بین ارسال و دریافت تفاوت جزئی وجود دارد. برای انتقال در هوا مناسب است و فرکانس کاری به طور کلی 23-25KHZ و 40-45KHZ است. این نوع سنسور اولتراسونیک برای محدوده، کنترل از راه دور، ضد سرقت و موارد دیگر مناسب است. T/R-40-60، T/R-40-12، و غیره وجود دارد (که در آن T به معنای ارسال، R به معنای دریافت، 40 به معنی فرکانس 40KHZ، 16 و 12 به معنای قطر بیرونی آن، بر حسب میلی متر است). همچنین یک سنسور اولتراسونیک مهر و موم شده (نوع MA40EI) وجود دارد. ویژگی آن ضد آب بودن (اما نه در آب) است و می تواند به عنوان سوئیچ سطح مواد و مجاورت استفاده شود. عملکردش بهتره سه نوع اصلی کاربرد اولتراسونیک وجود دارد، نوع انتقال برای کنترل از راه دور، هشدار ضد سرقت، درب اتوماتیک، سوئیچ مجاورت و غیره استفاده می شود. نوع بازتاب جدا شده برای اندازه گیری فاصله، سطح مایع یا سطح مواد استفاده می شود. نوع بازتاب برای تشخیص عیب مواد، اندازه گیری ضخامت و غیره استفاده می شود. از سنسور ارسال (یا فرستنده موج)، سنسور گیرنده (یا گیرنده موج)، بخش کنترل و بخش منبع تغذیه تشکیل شده است. سنسور فرستنده از یک فرستنده و یک مبدل ویبراتور سرامیکی با قطر حدود 15 میلی متر تشکیل شده است. عملکرد مبدل تبدیل انرژی ارتعاش الکتریکی ویبراتور سرامیکی به انرژی فوق العاده و تابش در هوا است. در حالی که سنسور دریافت کننده از یک مبدل ویبراتور سرامیکی تشکیل شده است که با یک مدار تقویت کننده تشکیل شده است، مبدل موج را برای تولید ارتعاش مکانیکی دریافت می کند و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند که به عنوان خروجی گیرنده سنسور اولتراسونیک برای تشخیص سوپر فرستنده استفاده می شود. در استفاده واقعی می توان از ویبراتور سرامیکی که به عنوان سنسور انتقال استفاده می شود نیز استفاده کرد. به عنوان ویبراتور سرامیکی برای سنسور گیرنده استفاده می شود. بخش کنترل عمدتا فرکانس زنجیره پالس، چرخه وظیفه، مدولاسیون پراکنده، شمارش و فاصله تشخیص ارسال شده توسط فرستنده را کنترل می کند.

برنامه کاری

اگر یک ولتاژ فرکانس بالا 40 کیلوهرتز به ورق سرامیکی پیزوالکتریک (نوسانگر کریستالی دوگانه) با فرکانس تشدید 40 کیلوهرتز در سنسور فرستنده اعمال شود، ورق سرامیکی پیزوالکتریک با توجه به قطبیت فرکانس بالا اعمال شده منبسط و منقبض می شود، و سپس ولتاژ فرکانس بالا 4 ارسال می شود. موج اولتراسونیک مبدل اولتراسونیک مواد برنجی به شکل چگالی منتشر می شود (درجه چگالی را می توان توسط مدار کنترل مدوله کرد) و به گیرنده موج منتقل می شود. گیرنده از اصل اثر پیزوالکتریک استفاده شده توسط سنسور فشار استفاده می کند، یعنی اعمال فشار بر روی عنصر پیزوالکتریک برای ایجاد کرنش عنصر پیزوالکتریک، سپس یک سینوس 40 کیلوهرتز با یک قطب '+' در یک طرف و یک قطب '-' در طرف دیگر. چون دامنه ولتاژ فرکانس بالا کم است، باید تقویت شود. حسگرهای اولتراسونیک به راننده اجازه می‌دهند تا با خیال راحت پشتیبان‌گیری کند. اصل این است که هر گونه مانعی را در مسیر پشتیبان یا نزدیک آن شناسایی کنید و به موقع هشدار دهید. سیستم تشخیص طراحی شده می تواند همزمان اخطارهای شنیداری و دیداری و دیداری را ارائه دهد. اخطار نشان می دهد که فاصله و جهت موانع در منطقه کور شناسایی شده است. به این ترتیب چه در پارکینگ و چه رانندگی در مکانی باریک، با کمک سیستم تشخیص دزدگیر مانع معکوس، از فشار روانی راننده کاسته می شود و راننده می تواند با خیالی آسوده اقدامات لازم را انجام دهد.

به

توجه داشته باشید هنگام استفاده:

1. برای اطمینان از قابلیت اطمینان و عمر طولانی، از سنسور در فضای باز یا جایی که دما بالاتر از دمای نامی است استفاده نکنید.

2. سنسور اولتراسونیک از هوا به عنوان رسانه انتقال استفاده می کند، بنابراین هنگامی که دمای محلی متفاوت است، انعکاس و شکست در مرز ممکن است باعث اختلال در عملکرد شود، و فاصله تشخیص نیز با وزش باد تغییر می کند. بنابراین سنسورهای اولتراسونیک نباید در کنار تجهیزاتی مانند هواکش های اجباری استفاده شوند.

3. جت از نازل هوا دارای فرکانس های متعدد است، بنابراین بر حسگر اولتراسونیک تأثیر می گذارد و نباید در نزدیکی سنسور استفاده شود.

4. قطرات آب روی سطح سنسور فاصله تشخیص را کوتاه می کند.

5. موادی مانند پودر و نخ پنبه هنگام جذب صدا (سنسور بازتابی) قابل تشخیص نیستند.

6. سنسور اولتراسونیک را می توان در منطقه خلاء یا منطقه ضد انفجار استفاده کرد.

7. از سنسور اولتراسونیک در منطقه ای با بخار استفاده نکنید. جو در این منطقه ناهموار است. یک گرادیان دما ایجاد می شود که باعث خطاهای اندازه گیری می شود.