अल्ट्रासोनिक दूरी मापन ट्रांसड्यूसर

की आवृत्ति अल्ट्रा सोनिक ट्रांसड्यूसर सेंसर जिसे लोग सुन सकते हैं वह 20Hz ~ 2KHz है, यानी श्रव्य ध्वनि तरंगें। इस आवृत्ति सीमा से परे की ध्वनि, अल्ट्रा ध्वनि को निम्न-आवृत्ति ध्वनि तरंग कहा जाता है, और 20KHz से ऊपर की 20Hz से नीचे की अल्ट्रा ध्वनि को कहा जाता है यू अल्ट्रासाउंड ( u ltrasound) , सामान्य बोलचाल की आवृत्ति .रेंज 10Hz-8KHz है। यू अल्ट्रासाउंड में अच्छी दिशात्मकता, मजबूत भेदन क्षमता, केंद्रित ध्वनि ऊर्जा प्राप्त करना आसान है, और इसकी पानी में लंबी दूरी है। अल्ट्रासाउंड को यह नाम इसलिए दिया गया है क्योंकि इसकी निचली आवृत्ति सीमा मानव श्रवण की ऊपरी सीमा के लगभग बराबर होती है।

 

अल्ट्रासोनिक आवृत्ति वितरण

अल्ट्रासोनिक तरंगें गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों में अलग-अलग गति से फैल सकती हैं। किसी माध्यम में फैलने वाली अल्ट्रासोनिक तरंगों का तरंग रूप इस बात पर निर्भर करता है कि माध्यम किस प्रकार के बल का सामना कर सकता है और माध्यम पर अल्ट्रासोनिक तरंगों को कैसे उत्तेजित कर सकता है।

 

आमतौर पर ये तीन प्रकार के होते हैं:

(1) अनुदैर्ध्य तरंग प्रकार

जब माध्यम में कण कंपन की दिशा अल्ट्रासोनिक तरंग के प्रसार दिशा के अनुरूप होती है, तो अल्ट्रासोनिक तरंग अनुदैर्ध्य तरंग मोड में होती है। कोई भी ठोस माध्यम अनुदैर्ध्य तरंगें उत्पन्न कर सकता है जब उसका आयतन बारी-बारी से बदलता है। उद्योग में अनुप्रयोग मुख्य रूप से अनुदैर्ध्य दोलन को अपनाता है।

(2) कतरनी तरंग प्रकार

जब माध्यम में कण की कंपन दिशा अल्ट्रासोनिक तरंग के प्रसार दिशा के लंबवत होती है, तो अल्ट्रासोनिक तरंग एक अनुप्रस्थ तरंग होती है। चूँकि ठोस माध्यम आयतन विरूपण के अलावा कतरनी विरूपण को भी सहन कर सकता है, जब कतरनी बल बारी-बारी से ठोस माध्यम पर कार्य करता है तो कतरनी तरंगें उत्पन्न हो सकती हैं। कतरनी तरंगें केवल ठोस मीडिया में ही फैल सकती हैं ।

 

(3) सतह तरंग मोड

यह ठोस सतह पर फैलने वाली अनुदैर्ध्य तरंग और अनुप्रस्थ तरंग के दोहरे गुणों वाली एक तरंग है। सतह तरंग को सतह के समानांतर अनुदैर्ध्य तरंगों और सतह के लंबवत अनुप्रस्थ तरंगों के संश्लेषण के रूप में माना जा सकता है। कंपन करने वाले कण का प्रक्षेप पथ एक दीर्घवृत्त है। आयाम सतह से 1/4 तरंग दैर्ध्य की गहराई पर सबसे मजबूत होता है, और गहराई बढ़ने के साथ यह तेजी से क्षीण हो जाता है । वास्तव में, कण कंपन का आयाम पहले से ही बहुत कमजोर होता है जब यह सतह से एक तरंग दैर्ध्य से अधिक दूर होता है। इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक तरंगों में अपवर्तन और परावर्तन घटनाएं भी होती हैं, और वे क्षीण हो जाती हैं। प्रसार के दौरान अल्ट्रासाउंड हवा में फैलता है, और इसकी आवृत्ति कम होती है, आम तौर पर दसियों KHz, जबकि ठोस और तरल में  ,  आवृत्ति अधिक हो सकती है। यह हवा में तेजी से क्षीण होता है, लेकिन तरल और ठोस पदार्थों में कम क्षीणन और दूर तक फैलता है।

की विशेषताओं का उपयोग करना अल्ट्रासाउंड रेंज सेंसर , इसे विभिन्न अल्ट्रासोनिक सेंसर में बनाया जा सकता है, विभिन्न सर्किटों के साथ जोड़ा जा सकता है, और विभिन्न अल्ट्रासोनिक मापने वाले उपकरणों और उपकरणों में बनाया जा सकता है, जिसका उपयोग दूरी माप, गति माप, सफाई, वेल्डिंग, बजरी, नसबंदी इत्यादि के लिए किया जा सकता है, और संचार में, चिकित्सा , घरेलू उपकरण, सैन्य, उद्योग, कृषि और अन्य पहलुओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। ऐसी कई विधियाँ हैं जो अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्पन्न कर सकती हैं, आमतौर पर पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव विधि, मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव प्रभाव विधि, इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव विधि और विद्युत चुम्बकीय प्रभाव विधि का उपयोग किया जाता है। जब पीजोइलेक्ट्रिक वेफर के दो ध्रुवों पर एक शॉर्ट वोल्टेज पल्स लगाया जाता है, तो व्युत्क्रम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के कारण, पीजोसेरामिक्स वेफर लोचदार विरूपण से गुजरेगा और लोचदार दोलन उत्पन्न करेगा। दोलन आवृत्ति वेफर की मोटाई और ध्वनि की गति से संबंधित है। वेफर की मोटाई का पी रोपर चयन अल्ट्रासोनिक आवृत्ति रेंज, यानी अल्ट्रासोनिक तरंगों में लोचदार तरंगें प्राप्त कर सकता है। इस तरह से जो उत्सर्जित होता है वह एक अल्ट्रासोनिक तरंग पैकेट होता है, जिसे आमतौर पर पल्स तरंग कहा जाता है।

 

अल्ट्रासोनिक रेंजिंग  ट्रांसड्यूसर

अल्ट्रासोनिक दूरी मापने वाले सेंसर का उपयोग मुख्य रूप से कार रिवर्सिंग रडार, रोबोट स्वचालित बाधा बचाव चलने, निर्माण स्थल और कुछ औद्योगिक साइटों जैसे  तरल स्तर, अच्छी गहराई, पाइपलाइन की लंबाई और अन्य अवसरों में किया जाता है। वर्तमान में आमतौर पर दो अल्ट्रासोनिक रेंजिंग ट्रांसड्यूसर का उपयोग किया जाता है, एक सिंगल-चिप या एम्बेडेड डिवाइस पर आधारित  एक अल्ट्रासोनिक रेंजिंग ट्रांसड्यूसर है  , और दूसरा सीपीएलडी (कॉम्प्लेक्स प्रोग्रामेबल लॉजिक डिवाइस) पर आधारित एक अल्ट्रासोनिक रेंजिंग सिस्टम है। प्रयोग में 40KHz करके कई योजनाओं का उपयोग किया गया था,  की आवृत्ति के साथ एक वर्गाकार तरंग उत्पन्न करने के लिए एम्बेडेड डिवाइस प्रोग्रामिंग का उपयोग  ट्रांसड्यूसर  जिसे ट्रांसमिटिंग ड्राइव सर्किट द्वारा बढ़ाया गया था ताकि अल्ट्रासोनिक सेंसर का ट्रांसमिटिंग सिरा दोलन कर सके और अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्सर्जन कर सके। अल्ट्रासोनिक तरंग ट्रांसमीटर द्वारा वापस परावर्तित होती है, सेंसर प्राप्त करने वाले छोर द्वारा प्राप्त की जाती है, और फिर प्राप्त सर्किट द्वारा प्रवर्धित और आकार दी जाती है। एम्बेडेड माइक्रो-कोर के साथ अल्ट्रासोनिक रेंजिंग  ट्रांसड्यूसर  एम्बेडेड उपकरण के माध्यम से अल्ट्रासोनिक उत्सर्जन के समय और परावर्तित तरंग के समय को रिकॉर्ड करता है। जब अल्ट्रासोनिक तरंग की परावर्तित तरंग प्राप्त होती है, तो । प्राप्त सर्किट के आउटपुट छोर पर एक जंपिंग होती है टाइमर की गिनती करके और समय के अंतर की गणना करके, संबंधित दूरी की गणना की जा सकती है।

 

का सिद्धांत यू अल्ट्रासोनिक आर एंजिंग  ट्रांसड्यूसर

अल्ट्रासोनिक दूरी माप का सिद्धांत  ट्रांसड्यूसर ध्वनि तरंगों को बाधाओं का सामना करने और उत्सर्जित होने के बाद वापस प्रतिबिंबित करने में लगने वाले समय को मापने के लिए हवा में अल्ट्रासोनिक तरंगों की ज्ञात प्रसार गति का उपयोग करना है, और । उत्सर्जन और रिसेप्शन के बीच के समय के अंतर के आधार पर उत्सर्जन बिंदु से बाधा तक की वास्तविक दूरी की गणना करना है सबसे पहले, अल्ट्रासोनिक ट्रांसमीटर ट्रांसड्यूसर एक निश्चित दिशा में अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्सर्जन करता है, और उत्सर्जन समय के साथ ही समय शुरू करता है। अल्ट्रासोनिक तरंगें हवा में फैलती हैं, और यह तुरंत लौट आती हैं, और अल्ट्रासोनिक रिसीवर परावर्तित तरंगों को प्राप्त करने के तुरंत बाद समय बंद कर देता है। रास्ते में बाधाओं का सामना करने पर हवा में अल्ट्रासोनिक तरंगों की प्रसार गति C=340m/s है। टाइमर द्वारा रिकॉर्ड किए गए समय T सेकंड के अनुसार, उत्सर्जन बिंदु और बाधा के बीच की दूरी L की गणना की जा सकती है, अर्थात्: L= C×T /2। यह तथाकथित समय अंतर रेंजिंग विधि है। चूँकि अल्ट्रासाउंड भी  एक प्रकार की ध्वनि तरंग है, इसलिए इसका ध्वनि वेग C तापमान से संबंधित होता है। तालिका 1 विभिन्न तापमानों पर ध्वनि वेग को सूचीबद्ध करती है। उपयोग में, यदि तापमान में अधिक परिवर्तन नहीं होता है, तो यह माना जा सकता है कि ध्वनि की गति मूलतः स्थिर है। यदि दूरी माप सटीकता बहुत अधिक है, तो इसे तापमान मुआवजे द्वारा ठीक किया जाना चाहिए।

 

अल्ट्रासोनिक तरंग गति और तापमान के बीच संबंध

अल्ट्रासोनिक तरंगों के आसान दिशात्मक उत्सर्जन, अच्छी दिशात्मकता, तीव्रता का आसान नियंत्रण और मापी गई वस्तु के साथ सीधे संपर्क की आवश्यकता नहीं होने के फायदे के कारण, यह उलटी दूरी को मापने के लिए एक आदर्श विकल्प है। अल्ट्रासाउंड एक सीधी रेखा में फैलता है। आवृत्ति जितनी अधिक होगी, विवर्तन क्षमता उतनी ही कमजोर होगी, लेकिन परावर्तन क्षमता उतनी ही मजबूत होगी। इसलिए, अल्ट्रासोनिक सेंसर मोल्ड बनाया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक तरंगों की इस संपत्ति का उपयोग करके इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक तरंगें हवा में धीरे-धीरे चलती हैं, जिससे अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग सरल हो जाता है। अल्ट्रासोनिक सेंसर अल्ट्रासोनिक तरंगों की विशेषताओं का उपयोग करके विकसित किए गए सेंसर हैं। अल्ट्रासाउंड एक यांत्रिक तरंग है जिसकी कंपन आवृत्ति ध्वनि तरंगों से अधिक होती है, जो वोल्टेज के उत्तेजना के तहत ट्रांसड्यूसर चिप के कंपन से उत्पन्न होती है। इसमें उच्च आवृत्ति, लघु तरंग दैर्ध्य, छोटी विवर्तन घटना, विशेष रूप से अच्छी दिशात्मकता है, और इसे किरणों के प्रसार विशेषताओं के रूप में उन्मुख किया जा सकता है। अल्ट्रासाउंड में तरल पदार्थ और ठोस पदार्थों को भेदने की बहुत अच्छी क्षमता होती है, विशेष रूप से ठोस पदार्थों में जो सूर्य के प्रकाश के लिए अपारदर्शी होते हैं, यह दसियों मीटर की गहराई तक प्रवेश कर सकता है। अल्ट्रासोनिक तरंगें महत्वपूर्ण प्रतिबिंब उत्पन्न करेंगी जब वे अशुद्धियों या गूँज बनाने के लिए इंटरफेस का सामना करती हैं, और जब वे चलती वस्तुओं का सामना करती हैं, तो वे डॉपलर प्रभाव उत्पन्न करेंगी। इसलिए, अल्ट्रासोनिक डिटेक्शन का व्यापक रूप से उद्योग, राष्ट्रीय रक्षा, बायोमेडिसिन आदि में उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासोनिक का उपयोग एक डिटेक्शन विधि के रूप में किया जाता है, और अल्ट्रासोनिक तरंगों को उत्पन्न और प्राप्त किया जाना चाहिए। इस कार्य को पूरा करने वाला उपकरण एक अल्ट्रासोनिक सेंसर है, जिसे आमतौर पर अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर या अल्ट्रासोनिक जांच कहा जाता है।

 

अल्ट्रासोनिक सेंसर मुख्य रूप से एक बिमॉर्फ वाइब्रेटर, एक शंक्वाकार अनुनाद प्लेट और इलेक्ट्रोड से बना होता है। जब दो इलेक्ट्रोडों के बीच एक निश्चित वोल्टेज लगाया जाता है, तो पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक वेफर को यांत्रिक विरूपण उत्पन्न करने के लिए संपीड़ित किया जाएगा, और वोल्टेज हटा दिए जाने के बाद पीजोइलेक्ट्रिक वेफर अपने मूल आकार में वापस आ जाएगा। यदि दो ध्रुवों के बीच एक निश्चित आवृत्ति पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक  भी एक निश्चित आवृत्ति पर कंपन करेगा। यह परीक्षण किया गया है कि इस प्रकार के पीजोइलेक्ट्रिक की प्राकृतिक आवृत्ति 38.4 KHz है, और 40 KHz ट्रांसड्यूसर  की आवृत्ति के साथ एक वर्ग तरंग पल्स सिग्नल  ट्रांसड्यूसर  दो ध्रुवों पर लगाया जाता है। इस समय, पीज़ोइलेक्ट्रिक चिप प्रतिध्वनित होती है और अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्सर्जित करती है। उसी तरह, बाहरी पल्स सिग्नल के बिना एक अल्ट्रासोनिक सेंसर भी तब प्रतिध्वनित होगा जब अनुनाद प्लेट अल्ट्रासोनिक तरंगें प्राप्त करेगी, और दो ध्रुवों के बीच एक विद्युत संकेत उत्पन्न होगा। अल्ट्रासोनिक जांच मुख्य रूप से पीजोइलेक्ट्रिक वेफर्स से बनी होती है, जो अल्ट्रासोनिक तरंगों को संचारित और प्राप्त दोनों कर सकती है। कम-शक्ति वाले अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग ज्यादातर पता लगाने के लिए किया जाता है। इसकी कई अलग-अलग संरचनाएं हैं, जिन्हें सीधी जांच (अनुदैर्ध्य तरंग), तिरछी जांच (कतरनी लहर), सतह तरंग जांच (सतह लहर), मेमने तरंग जांच (मेमना तरंग), डबल जांच (एक जांच प्रतिबिंब, एक जांच रिसेप्शन) प्रतीक्षा में विभाजित किया जा सकता है।