سنسور مبدل اولتراسونیک چیست؟

U تراسونیک  d istance  t ransducers حسگرهایی هستند که با استفاده از ویژگی های امواج اولتراسونیک توسعه یافته اند. اولتراسونیک یک موج مکانیکی با فرکانس ارتعاش بالاتر از امواج صوتی است. این توسط ارتعاش تراشه مبدل تحت تحریک ولتاژ تولید می شود. دارای فرکانس بالا، طول موج کوتاه، پدیده پراش کوچک، به ویژه جهت دهی خوب است و می تواند به پرتوها هدایت شود. انتشار و سایر خصوصیات اولتراسوند توانایی زیادی در نفوذ به مایعات و جامدات دارد، به خصوص در جامداتی که در برابر نور خورشید کدر هستند. می تواند تا عمق ده ها متر نفوذ کند. هنگامی که موج اولتراسونیک به ناخالصی یا رابط برخورد می کند، بازتاب قابل توجهی ایجاد می کند تا یک پژواک ایجاد کند، و می تواند اثر داپلر را هنگام برخورد با یک جسم متحرک ایجاد کند. حسگرهایی که بر اساس ویژگی‌های اولتراسونیک تولید می‌شوند «حسگرهای اولتراسونیک» نامیده می‌شوند و به طور گسترده در صنعت، دفاع ملی و زیست پزشکی استفاده می‌شوند.

 

جزء

کاوشگر اولتراسونیک عمدتاً 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. دارای ساختارهای مختلفی است که می توان آنها را به کاوشگر مستقیم (موج طولی)، کاوشگر مورب (موج عرضی)، پروب موج سطحی (موج سطحی)، پروب موج بره (موج بره)، پروب دوتایی (یک پروب ارسال می شود، یک پروب دریافت می شود) تقسیم کرد.

 

عملکرد

هسته کاوشگر اولتراسونیک یک تراشه حسگر اولتراسونیک در کت پلاستیکی یا فلزی آن است. انواع مختلفی از مواد وجود دارد که ویفر را تشکیل می دهند. اندازه ویفر مانند قطر و ضخامت نیز متفاوت است، بنابراین عملکرد هر پروب متفاوت است، قبل از استفاده باید عملکرد آن را بدانیم. شاخص های اصلی عملکرد سنسورهای اولتراسونیک.

 

فرکانس کاری

فرکانس کاری فرکانس رزونانس ویفر پیزوالکتریک است. هنگامی که فرکانس ولتاژ AC اعمال شده به دو انتهای آن برابر با فرکانس تشدید تراشه باشد، انرژی خروجی حداکثر است و حساسیت نیز بالا است.

 

دمای عملیاتی

از آنجایی که نقطه کوری مواد پیزوالکتریک به طور کلی نسبتاً بالا است، به خصوص سنسور اولتراسونیک که برای تشخیص استفاده می شود قدرت پایینی دارد، بنابراین دمای کار نسبتاً پایین است و می تواند برای مدت طولانی بدون خرابی کار کند. دمای پروب های سونوگرافی پزشکی نسبتاً بالا است و به تجهیزات تبرید جداگانه نیاز دارد. حساسیت عمدتاً به خود ویفر سازنده بستگی دارد. ضریب جفت الکترومکانیکی بزرگ و حساسیت بالا است. برعکس، حساسیت کم است. محدوده تشخیص سنسور اولتراسونیک جهت.

 

برنامه اصلی

فناوری سنجش اولتراسونیک در جنبه های مختلف عمل تولید کاربرد دارد و کاربردهای پزشکی یکی از کاربردهای اصلی سنسورهای اولتراسونیک آن است. موارد زیر از پزشکی به عنوان مثال برای نشان دادن کاربرد فناوری سنجش فراصوت استفاده می کنند. کاربرد اولتراسوند در پزشکی عمدتاً برای تشخیص بیماری ها است و به یک روش تشخیصی ضروری در پزشکی بالینی تبدیل شده است. مزایای تشخیص اولتراسوند عبارتند از: نداشتن درد، بدون آسیب به معاینه شونده، روش ساده، تصویربرداری واضح، دقت تشخیصی بالا و ... از این رو ترویج آن آسان بوده و مورد استقبال کادر درمانی و بیماران قرار می گیرد. تشخیص اولتراسوند می تواند بر اساس اصول پزشکی مختلف باشد. بیایید نگاهی به یکی از روش های به اصطلاح A-type بیندازیم. در این روش از بازتاب امواج اولتراسونیک استفاده می شود. هنگامی که امواج مافوق صوت در بافت انسانی منتشر می شوند و با دو رابط رسانه ای با امپدانس های صوتی مختلف مواجه می شوند، پژواک های منعکس شده در رابط ایجاد می شود. هر بار که با یک سطح بازتابی مواجه می‌شوید، اکو روی صفحه اسیلوسکوپ نمایش داده می‌شود و اختلاف امپدانس بین دو رابط نیز دامنه اکو را تعیین می‌کند. در صنعت، کاربردهای معمول اولتراسونیک آزمایش غیر مخرب فلزات و اندازه گیری ضخامت اولتراسونیک است. در گذشته، بسیاری از فناوری‌ها به دلیل ناتوانی در تشخیص داخل بافت‌های جسم مانع می‌شدند. ظهور فناوری سنجش فراصوت این وضعیت را تغییر داده است. البته، سنسورهای مافوق صوت بیشتری به طور ثابت روی دستگاه‌های مختلف نصب شده‌اند تا سیگنال‌های مورد نیاز مردم را «بی‌صدا» تشخیص دهند. در کاربرد آینده سنسورهای اولتراسونیک، اولتراسوند با فناوری اطلاعات و فناوری مواد جدید ترکیب می‌شود و حسگرهای اولتراسونیک هوشمندتر و بسیار حساس‌تر ظاهر می‌شوند.

 

کاربرد فناوری سنسور فاصله اولتراسونیک

امواج اولتراسونیک توانایی زیادی در نفوذ به مایعات و جامدات دارند، به خصوص در جامدات مات که می توانند تا عمق ده ها متری نفوذ کنند. هنگامی که موج اولتراسونیک به ناخالصی یا رابط برخورد می کند، بازتاب قابل توجهی ایجاد می کند تا یک پژواک ایجاد کند، و می تواند اثر داپلر را هنگام برخورد با یک جسم متحرک ایجاد کند. بنابراین، تست اولتراسونیک به طور گسترده در صنعت، دفاع ملی، زیست پزشکی و غیره استفاده می شود. سنسورهای فاصله اولتراسونیک را می توان به طور گسترده در نظارت بر سطح (سطح مایع)، ضد برخورد ربات، سوئیچ های مجاورت آلتراسونیک مختلف و آلارم های ضد سرقت و سایر زمینه های مرتبط استفاده کرد. آنها در کار قابل اعتماد هستند، نصب آسان، ضد آب، زاویه پرتاب کوچک، حساسیت بالا، اتصال راحت با ابزارهای صفحه نمایش صنعتی، و پروب هایی با زاویه پرتاب بزرگتر نیز ارائه می شود.

 

1. سنسور اولتراسونیک می تواند وضعیت ظرف را تشخیص دهد. هنگامی که سنسور اولتراسونیک در بالای مخزن مذاب پلاستیک یا محفظه گلوله پلاستیکی نصب می شود، هنگامی که امواج صوتی به داخل ظرف ساطع می شود، وضعیت ظرف را می توان بر اساس آن تجزیه و تحلیل کرد، مانند پر، خالی یا نیمه پر.

2. حسگرهای اولتراسونیک را می توان برای تشخیص اشیاء شفاف، مایعات، هر گونه مواد متراکم با سطوح خشن، صاف و سبک و اجسام نامنظم استفاده کرد. اما برای فضای باز، محیط گرم یا مخزن فشار و اجسام فوم مناسب نیست.

3. حسگرهای اولتراسونیک را می توان در کارخانه های فرآوری مواد غذایی برای ایجاد یک سیستم کنترل حلقه بسته برای تشخیص بسته بندی پلاستیکی استفاده کرد. با فناوری جدید، می‌تواند در حلقه‌های مرطوب مانند ماشین لباسشویی بطری، محیط نویز و محیط با تغییرات شدید دما تشخیص دهد.

4. سنسورهای اولتراسونیک را می توان برای تشخیص سطح مایع، تشخیص اشیاء و مواد شفاف، کنترل تنش و اندازه گیری فاصله، عمدتاً برای بسته بندی، ساخت بطری، جابجایی مواد، بازرسی زغال سنگ، پردازش پلاستیک و صنایع خودرو استفاده کرد. سنسورهای اولتراسونیک را می توان برای نظارت بر فرآیند برای بهبود کیفیت محصول، تشخیص عیوب، تعیین حضور و سایر جنبه ها استفاده کرد.

نیسان با استفاده از فناوری سنسور اولتراسونیک برای جلوگیری از پدال اشتباه، عملکردی را توسعه داده است که با پا گذاشتن تصادفی روی پدال گاز در زمانی که ترمز در شرف زدن است، از شتاب گرفتن خودرو جلوگیری می کند. هنگام استفاده از دوربین ها و سنسورهای اولتراسونیک برای استنباط وضعیت 'پارک در پارکینگ'، اگر راننده پا را روی پدال گاز بگذارد، ترمز را مجبور می کند. این فناوری قرار است طی 2 تا 3 سال آینده مورد استفاده عملی قرار گیرد. فناوری سنسور اولتراسونیک برای جلوگیری از تصادفات ناشی از ترمز و گاز اشتباه هنگام پارک کردن در پارکینگ ایجاد شده است. این فناوری با استفاده از چهار دوربین مجهز به یک دوربین در جلو، عقب، چپ و راست خودرو و هشت سنسور اولتراسونیک در سپر جلو و سپر عقب محقق می‌شود. چهار دوربین همچنان از دوربین 'نمایشگر نمای فراگیر' استفاده می کنند که نمای چشم پرنده از محیط اطراف وسیله نقلیه را نمایش می دهد. از دوربین برای تشخیص خطوط سفید استفاده کنید تا بفهمید خودرو در پارکینگ است و از سنسور اولتراسونیک برای اندازه‌گیری فاصله بین خودرو و موانع اطراف برای تعیین زمان ترمز استفاده کنید. پیشگیری از تصادفات ناشی از پا گذاشتن روی ترمز و گاز اشتباه در دو مرحله اجرا می شود. زمانی که راننده می خواهد در پارکینگ توقف کند، اگر پا بر روی پدال گاز بگذارد، ابتدا سرعت را به سرعت خزنده کاهش می دهد، از نماد روی داشبورد برای نشان دادن خطر استفاده می کند و زنگ خطر را به صدا در می آورد. اگر راننده همچنان پا به پدال گاز بگذارد و بخواهد به دیوار یا اشیاء دیگر برخورد کند، ترمز مجبور می شود. زمان ترمزگیری به صورت * زمانی که حدود 20 تا 30 سانتی متر از مانع فاصله داشته باشد می تواند متوقف شود.

 

اصل کار

مردم می توانند بشنوند که صدا توسط ارتعاش جسم تولید می شود و فرکانس آن در محدوده سنسور اولتراسونیک 20HZ-20KHZ است، بیش از 20KHZ را اولتراسونیک و زیر 20HZ را مادون صوت می گویند. فرکانس مافوق صوت معمولاً از ده‌ها KHZ تا ده‌ها مگاهرتز متغیر است. 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 انتشار امواج اولتراسونیک در هوا کم است، به طور کلی ده ها KHZ، در حالی که در جامدات و مایعات، فرکانس می تواند بیشتر 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 در ارتباطات، لوازم پزشکی و سایر جنبه ها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد.

 

مواد اصلی سنسور مبدل اولتراسونیک 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 را می توان هم برای ارسال و هم برای دریافت استفاده کرد. فقط سنسورهای اولتراسونیک کوچک در اینجا معرفی شده اند. 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 برای سنسورهای محدوده و اولتراسونیک، 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 این است که ضد آب است (اما نمی توان آن را در آب قرار داد)، می تواند به عنوان سوئیچ سطح مواد و مجاورت استفاده شود و عملکرد آن بهتر است. 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 الف تشکیل شده است با مبدل اولتراسونیک iezoelectric .یک مدار تقویت کننده تشکیل شده است، مبدل موج را دریافت می کند تا ارتعاش مکانیکی ایجاد کند، آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند، به عنوان خروجی گیرنده سنسور، تا فوق العاده ارسال شده را تشخیص دهد. در استفاده واقعی می توان از ویبراتور سرامیکی که به عنوان سنسور انتقال استفاده می شود نیز استفاده کرد. به عنوان ویبراتور سرامیکی برای شرکت سنسور گیرنده استفاده می شود. بخش کنترل عمدتا فرکانس زنجیره پالس، چرخه وظیفه، مدولاسیون و شمارش پراکنده و فاصله تشخیص ارسال شده توسط فرستنده را کنترل می کند.

 

برنامه کاری

اگر یک ولتاژ فرکانس بالا 40 کیلوهرتز به ورق سرامیکی پیزوالکتریک (سنسور اولتراسونیک ویبراتور کریستالی دوگانه) با فرکانس تشدید 40 کیلوهرتز در سنسور فرستنده اعمال شود، ورق سرامیکی پیزوالکتریک با توجه به قطبیت فرکانس ولتاژ اعمال شده، فرکانس بالا و سپس فرکانس 40H منبسط و منقبض می شود. موج به صورت چگالی و چگالی (درجه چگالی را می توان توسط مدار کنترل مدوله کرد) منتقل می شود 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 ولتاژ. 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 هشدارهای صوتی و نوری و بصری را ارائه دهد. اخطار نشان می دهد که فاصله و جهت موانع در منطقه کور شناسایی شده است. به این ترتیب چه پارک و چه رانندگی در یک مکان 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.

 

حالت عملیاتی

سنسور اولتراسونیک از رسانه موج صوتی برای تشخیص غیر تماسی و بدون سایش شی شناسایی شده استفاده می کند. سنسور اولتراسونیک حسگرهای اولتراسونیک می توانند اجسام شفاف یا رنگی، اجسام فلزی یا غیرفلزی، مواد جامد، مایع و پودری را تشخیص دهند. عملکرد تشخیص آن به سختی تحت تأثیر شرایط محیطی از جمله محیط های دود و گرد و غبار و روزهای بارانی قرار می گیرد.