अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर सेंसर क्या है?

यू अल्ट्रासोनिक  डी इस्टेंस  टी ट्रांसड्यूसरs ये अल्ट्रासोनिक तरंगों की विशेषताओं का उपयोग करके विकसित किए गए सेंसर हैं। अल्ट्रासोनिक एक यांत्रिक तरंग है जिसमें ध्वनि तरंगों की तुलना में उच्च कंपन आवृत्ति होती है। यह वोल्टेज के उत्तेजना के तहत ट्रांसड्यूसर चिप के कंपन से उत्पन्न होता है। इसमें उच्च आवृत्ति, लघु तरंग दैर्ध्य, छोटी विवर्तन घटना, विशेष रूप से अच्छी दिशा है, और इसे किरणों में निर्देशित किया जा सकता है। प्रसार एवं अन्य विशेषताएँ. अल्ट्रासाउंड में तरल पदार्थ और ठोस पदार्थों को भेदने की बहुत अच्छी क्षमता होती है, खासकर उन ठोस पदार्थों में जो सूर्य के प्रकाश के लिए अपारदर्शी होते हैं। यह दसियों मीटर की गहराई तक प्रवेश कर सकता है। जब अल्ट्रासोनिक तरंग अशुद्धता या इंटरफ़ेस से टकराती है, तो यह एक प्रतिध्वनि बनाने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रतिबिंब उत्पन्न करेगी, और जब यह किसी चलती वस्तु से टकराती है तो यह डॉपलर प्रभाव उत्पन्न कर सकती है। अल्ट्रासोनिक विशेषताओं के आधार पर विकसित सेंसर को 'अल्ट्रासोनिक सेंसर' कहा जाता है और उद्योग, राष्ट्रीय रक्षा और बायोमेडिसिन में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

 

अवयव

अल्ट्रासोनिक जांच मुख्य रूप से पीजोइलेक्ट्रिक वेफर्स से बनी होती है, जो अल्ट्रासोनिक तरंगों को संचारित और प्राप्त कर सकती है। कम-शक्ति वाली अल्ट्रासाउंड जांच का उपयोग अधिकतर पता लगाने के लिए किया जाता है। इसकी कई अलग-अलग संरचनाएं हैं, जिन्हें सीधी जांच (अनुदैर्ध्य तरंग), तिरछी जांच (अनुप्रस्थ तरंग), सतह तरंग जांच (सतह तरंग), मेमने तरंग जांच (मेमना तरंग), दोहरी जांच (एक जांच प्रेषित होती है, एक जांच प्राप्त होती है) में विभाजित किया जा सकता है।

 

प्रदर्शन

अल्ट्रासोनिक जांच का मूल इसके प्लास्टिक या धातु जैकेट में एक अल्ट्रासोनिक सेंसर चिप है। वेफ़र बनाने वाली कई प्रकार की सामग्रियां हो सकती हैं। वेफर का आकार, जैसे व्यास और मोटाई भी अलग-अलग होती है, इसलिए प्रत्येक जांच का प्रदर्शन अलग होता है, हमें उपयोग से पहले इसका प्रदर्शन जानना चाहिए। अल्ट्रासोनिक सेंसर के मुख्य प्रदर्शन संकेतक।

 

कार्य आवृत्ति

कार्यशील आवृत्ति पीजोइलेक्ट्रिक वेफर की अनुनाद आवृत्ति है। जब इसके दोनों सिरों पर लागू एसी वोल्टेज की आवृत्ति चिप की अनुनाद आवृत्ति के बराबर होती है, तो आउटपुट ऊर्जा अधिकतम होती है, और संवेदनशीलता भी अधिक होती है।

 

परिचालन तापमान

क्योंकि पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों का क्यूरी बिंदु आम तौर पर अपेक्षाकृत अधिक होता है, विशेष रूप से निदान के लिए उपयोग किए जाने वाले अल्ट्रासोनिक सेंसर में कम शक्ति होती है, इसलिए काम करने का तापमान अपेक्षाकृत कम होता है, और यह बिना विफलता के लंबे समय तक काम कर सकता है। मेडिकल अल्ट्रासाउंड जांच का तापमान अपेक्षाकृत अधिक होता है और इसके लिए अलग प्रशीतन उपकरण की आवश्यकता होती है। संवेदनशीलता मुख्य रूप से विनिर्माण वेफर पर ही निर्भर करती है। इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन गुणांक बड़ा है और संवेदनशीलता अधिक है; इसके विपरीत, संवेदनशीलता कम है। दिशात्मक अल्ट्रासोनिक सेंसर की पहचान सीमा।

 

मुख्य अनुप्रयोग

अल्ट्रासोनिक सेंसिंग तकनीक का उपयोग उत्पादन अभ्यास के विभिन्न पहलुओं में किया जाता है, और चिकित्सा अनुप्रयोग इसके अल्ट्रासोनिक सेंसर के मुख्य अनुप्रयोगों में से एक हैं। निम्नलिखित अल्ट्रासोनिक सेंसिंग तकनीक के अनुप्रयोग को दर्शाने के लिए एक उदाहरण के रूप में दवा का उपयोग करता है। चिकित्सा में अल्ट्रासाउंड का उपयोग मुख्य रूप से रोगों का निदान करने के लिए किया जाता है, और यह नैदानिक ​​​​चिकित्सा में एक अनिवार्य निदान पद्धति बन गई है। अल्ट्रासाउंड निदान के फायदे हैं: कोई दर्द नहीं, परीक्षार्थी को कोई नुकसान नहीं, सरल विधि, स्पष्ट इमेजिंग, उच्च निदान सटीकता, आदि। इसलिए, इसे बढ़ावा देना आसान है और चिकित्सा कर्मचारियों और रोगियों द्वारा इसका स्वागत किया जाता है। अल्ट्रासाउंड निदान विभिन्न चिकित्सा सिद्धांतों पर आधारित हो सकता है। आइए प्रतिनिधि तथाकथित ए-प्रकार विधियों में से एक पर नज़र डालें। यह विधि अल्ट्रासोनिक तरंगों के प्रतिबिंब का उपयोग करती है। जब अल्ट्रासोनिक तरंगें मानव ऊतक में फैलती हैं और विभिन्न ध्वनिक बाधाओं के साथ दो मीडिया इंटरफेस का सामना करती हैं, तो इंटरफ़ेस पर परावर्तित गूँज उत्पन्न होती है। हर बार जब एक परावर्तक सतह का सामना होता है, तो प्रतिध्वनि आस्टसीलस्कप स्क्रीन पर प्रदर्शित होती है, और दो इंटरफेस के बीच प्रतिबाधा अंतर भी प्रतिध्वनि के आयाम को निर्धारित करता है। उद्योग में, अल्ट्रासोनिक के विशिष्ट अनुप्रयोग धातुओं के गैर-विनाशकारी परीक्षण और अल्ट्रासोनिक मोटाई माप हैं। अतीत में, वस्तु के ऊतकों के अंदर का पता लगाने में असमर्थता के कारण कई प्रौद्योगिकियों में बाधा उत्पन्न हुई थी। अल्ट्रासोनिक सेंसिंग तकनीक के उद्भव ने इस स्थिति को बदल दिया है। बेशक, लोगों को जिन संकेतों की आवश्यकता होती है, उनका 'चुपचाप' पता लगाने के लिए विभिन्न उपकरणों पर अधिक अल्ट्रासोनिक सेंसर निश्चित रूप से स्थापित किए जाते हैं। अल्ट्रासोनिक सेंसर के भविष्य के अनुप्रयोग में, अल्ट्रासाउंड को सूचना प्रौद्योगिकी और नई सामग्री प्रौद्योगिकी के साथ जोड़ा जाएगा, और अधिक बुद्धिमान और अत्यधिक संवेदनशील अल्ट्रासोनिक सेंसर दिखाई देंगे।

 

अल्ट्रासोनिक दूरी सेंसर प्रौद्योगिकी अनुप्रयोग

अल्ट्रासोनिक तरंगों में तरल और ठोस पदार्थों में प्रवेश करने की बहुत अच्छी क्षमता होती है, विशेष रूप से अपारदर्शी ठोस पदार्थों में, जहां वे दसियों मीटर की गहराई तक प्रवेश कर सकती हैं। जब अल्ट्रासोनिक तरंग अशुद्धता या इंटरफ़ेस से टकराती है, तो यह एक प्रतिध्वनि बनाने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रतिबिंब उत्पन्न करेगी, और जब यह किसी चलती वस्तु से टकराती है तो यह डॉपलर प्रभाव उत्पन्न कर सकती है। इसलिए, उद्योग, राष्ट्रीय रक्षा, बायोमेडिसिन आदि में अल्ट्रासोनिक परीक्षण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासोनिक दूरी सेंसर का व्यापक रूप से स्तर (तरल स्तर) निगरानी, ​​​​रोबोट विरोधी टक्कर, विभिन्न अल्ट्रासोनिक निकटता स्विच, और चोरी-रोधी अलार्म और अन्य संबंधित क्षेत्रों में उपयोग किया जा सकता है। वे काम में विश्वसनीय हैं, स्थापित करने में आसान, जलरोधक, छोटे लॉन्च कोण, उच्च संवेदनशीलता, औद्योगिक प्रदर्शन उपकरणों से जुड़ना सुविधाजनक है, और बड़े लॉन्च कोण वाले जांच भी प्रदान किए जाते हैं।

 

1. अल्ट्रासोनिक सेंसर कंटेनर की स्थिति का पता लगा सकता है। जब अल्ट्रासोनिक सेंसर प्लास्टिक पिघल टैंक या प्लास्टिक गोली कक्ष के शीर्ष पर स्थापित किया जाता है, जब कंटेनर में ध्वनि तरंगें उत्सर्जित होती हैं, तो कंटेनर की स्थिति का तदनुसार विश्लेषण किया जा सकता है, जैसे पूर्ण, खाली या आधा भरा हुआ।

2. अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग पारदर्शी वस्तुओं, तरल पदार्थ, खुरदरी, चिकनी और हल्की सतहों वाली किसी भी सघन सामग्री और अनियमित वस्तुओं का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। लेकिन यह बाहरी, गर्म वातावरण या प्रेशर टैंक और फोम वस्तुओं के लिए उपयुक्त नहीं है।

3. प्लास्टिक पैकेजिंग का पता लगाने के लिए एक बंद-लूप नियंत्रण प्रणाली का एहसास करने के लिए खाद्य प्रसंस्करण संयंत्रों में अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग किया जा सकता है। नई तकनीक के साथ, यह आर्द्र रिंग में, जैसे बोतल धोने की मशीन, शोर वाले वातावरण और अत्यधिक तापमान परिवर्तन वाले वातावरण का पता लगा सकता है।

4. अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग तरल स्तर का पता लगाने, पारदर्शी वस्तुओं और सामग्रियों का पता लगाने, तनाव को नियंत्रित करने और दूरी को मापने के लिए किया जा सकता है, मुख्य रूप से पैकेजिंग, बोतल बनाने, सामग्री हैंडलिंग, कोयला निरीक्षण, प्लास्टिक प्रसंस्करण और ऑटोमोबाइल उद्योगों के लिए। अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार, दोषों का पता लगाने, उपस्थिति निर्धारित करने और अन्य पहलुओं की प्रक्रिया की निगरानी के लिए किया जा सकता है।

गलत पैडल को रोकने के लिए अल्ट्रासोनिक सेंसर तकनीक का उपयोग करते हुए, निसान ने एक ऐसा फ़ंक्शन विकसित किया है जो ब्रेक लगने के समय गलती से एक्सीलेटर पर कदम रखने से वाहन को तेज होने से रोकता है। 'पार्किंग स्थल में पार्किंग' की स्थिति का अनुमान लगाने के लिए कैमरे और अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग करते समय, यदि ड्राइवर एक्सीलेटर पर कदम रखता है, तो यह ब्रेक को मजबूर कर देगा। इस तकनीक को 2 से 3 वर्षों के भीतर व्यावहारिक उपयोग में लाने की योजना है। पार्किंग स्थल में पार्किंग करते समय गलत ब्रेक और एक्सीलेटर दबाने से होने वाली दुर्घटनाओं को रोकने के लिए अल्ट्रासोनिक सेंसर तकनीक विकसित की गई थी। इस तकनीक को वाहन के आगे, पीछे, बाएँ और दाएँ एक-एक कैमरे से सुसज्जित चार कैमरों और सामने वाले बम्पर और पिछले बम्पर में आठ अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग करके साकार किया गया है। चारों कैमरे 'सराउंड व्यू डिस्प्ले' कैमरे का उपयोग जारी रखते हैं जो वाहन के आसपास का विहंगम दृश्य प्रदर्शित करता है। यह अनुमान लगाने के लिए कि कार पार्किंग स्थल में है, सफेद रेखाओं को पहचानने के लिए कैमरे का उपयोग करें, और ब्रेक लगाने का समय निर्धारित करने के लिए कार और आसपास की बाधाओं के बीच की दूरी को मापने के लिए अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग करें। गलत ब्रेक और एक्सीलेटर पर पैर रखने से होने वाली दुर्घटनाओं की रोकथाम दो चरणों में लागू की जाती है। जब ड्राइवर पार्किंग स्थल पर रुकना चाहता है, यदि वह एक्सीलेटर पर कदम रखता है, तो वह पहले गति को कम करके रेंगने वाली गति कर देता है, खतरे का संकेत देने के लिए डैशबोर्ड पर आइकन का उपयोग करता है, और अलार्म बजाता है। यदि ड्राइवर एक्सीलेटर पर कदम रखना जारी रखता है और किसी दीवार या अन्य वस्तु से टकराने वाला होता है, तो ब्रेक लगाना पड़ेगा। ब्रेक लगाने का समय है * कार तब रुक सकती है जब वह बाधा से लगभग 20 से 30 सेमी दूर हो।

 

काम के सिद्धांत

लोग वस्तु के कंपन से उत्पन्न ध्वनि को सुन सकते हैं, और इसकी आवृत्ति 20HZ-20KHZ अल्ट्रासोनिक सेंसर की सीमा के भीतर है, 20KHZ से अधिक को अल्ट्रासोनिक कहा जाता है, और 20HZ से नीचे को इन्फ्रासाउंड कहा जाता है। आमतौर पर उपयोग की जाने वाली अल्ट्रासोनिक आवृत्ति दसियों KHZ से लेकर दसियों MHZ तक होती है। अल्ट्रासाउंड लोचदार माध्यम में एक प्रकार का यांत्रिक दोलन है, जिसके दो रूप होते हैं: अनुप्रस्थ दोलन (अनुप्रस्थ तरंग) और अनुदैर्ध्य दोलन (अनुदैर्ध्य तरंग)। उद्योग में अनुप्रयोग मुख्य रूप से अनुदैर्ध्य दोलन को अपनाता है। अल्ट्रासोनिक तरंगें गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों में फैल सकती हैं और उनकी प्रसार गति अलग-अलग होती है। इसके अलावा, इसमें अपवर्तन और परावर्तन घटनाएं और प्रसार के दौरान क्षीणन भी होता है। हवा में फैलने वाली अल्ट्रासोनिक तरंगों की आवृत्ति कम होती है, आम तौर पर दसियों KHZ, जबकि ठोस और तरल पदार्थों में, आवृत्ति अधिक हो सकती है। क्षीणन हवा में तेज़ होता है, जबकि यह तरल और ठोस में फैलता है, क्षीणन छोटा होता है, और फैलाव लंबा होता है। अल्ट्रासाउंड की विशेषताओं का उपयोग करके, इसे विभिन्न अल्ट्रासोनिक सेंसर में बनाया जा सकता है, विभिन्न सर्किटों से सुसज्जित किया जा सकता है, और विभिन्न अल्ट्रासोनिक मापने वाले उपकरणों और उपकरणों में बनाया जा सकता है, और इनका व्यापक रूप से संचार, चिकित्सा उपकरणों और अन्य पहलुओं में उपयोग किया जाता है।

 

इसकी मुख्य सामग्री अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर सेंसर पीज़ोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल (इलेक्ट्रोस्ट्रिक्शन) और निकल-आयरन-एल्यूमीनियम मिश्र धातु (मैग्नेटोस्ट्रिक्शन) हैं। इलेक्ट्रोस्ट्रिक्टिव सामग्रियों में लेड जिरकोनेट टाइटेनेट (पीजेडटी) इत्यादि शामिल हैं। पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल से बना अल्ट्रासोनिक सेंसर एक प्रतिवर्ती सेंसर है। यह अल्ट्रासोनिक तरंगें उत्पन्न करने के लिए विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक दोलन में परिवर्तित कर सकता है। साथ ही, जब यह अल्ट्रासोनिक तरंगें प्राप्त करता है, तो इसे विद्युत ऊर्जा में भी परिवर्तित किया जा सकता है, इसलिए इसे ट्रांसमीटर या रिसीवर में विभाजित किया जा सकता है। कुछ अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग भेजने और प्राप्त करने दोनों के लिए किया जा सकता है। यहां केवल छोटे अल्ट्रासोनिक सेंसर पेश किए गए हैं। भेजने और प्राप्त करने में थोड़ा अंतर है। यह हवा में संचरण के लिए उपयुक्त है, और कार्यशील आवृत्ति आम तौर पर 23-25KHZ और 40-45KHZ है। इस प्रकार का सेंसर रेंजिंग और अल्ट्रासोनिक सेंसर, चोरी-रोधी और अन्य उद्देश्यों के लिए उपयुक्त है। T/R-40-60, T/R-40-12 आदि हैं (जहाँ T का अर्थ है भेजना, R का अर्थ है प्राप्त करना, 40 का अर्थ है आवृत्ति 40KHZ, 16 और 12 का अर्थ है इसका बाहरी व्यास, मिलीमीटर में)। एक सीलबंद अल्ट्रासोनिक सेंसर (MA40EI प्रकार) भी है। इसकी विशेषता यह है कि यह जलरोधक है (लेकिन इसे पानी में नहीं डाला जा सकता है), इसे सामग्री स्तर और निकटता स्विच के रूप में उपयोग किया जा सकता है, और इसका प्रदर्शन बेहतर है। अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोगों के तीन बुनियादी प्रकार हैं, ट्रांसमिशन प्रकार का उपयोग रिमोट कंट्रोल, चोरी-रोधी अलार्म, स्वचालित दरवाजा, निकटता स्विच, आदि के लिए किया जाता है; अलग प्रतिबिंब प्रकार का उपयोग दूरी माप, तरल स्तर या सामग्री स्तर के लिए किया जाता है; प्रतिबिंब प्रकार का उपयोग सामग्री दोष का पता लगाने, मोटाई माप आदि के लिए किया जाता है।

 

यह भेजने वाले सेंसर (या तरंग ट्रांसमीटर), प्राप्त करने वाले सेंसर (या तरंग रिसीवर), नियंत्रण भाग और बिजली आपूर्ति भाग से बना है। ट्रांसमीटर सेंसर एक ट्रांसमीटर और एक सिरेमिक वाइब्रेटर ट्रांसड्यूसर से बना है जिसका व्यास लगभग 15 मिमी है। ट्रांसड्यूसर का कार्य सिरेमिक वाइब्रेटर की विद्युत कंपन ऊर्जा को सुपर ऊर्जा में परिवर्तित करना और हवा में विकिरण करना है; जबकि प्राप्तकर्ता सेंसर एक से बना है पी आईज़ोइलेक्ट्रिक अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर .एक एम्पलीफायर सर्किट से बना है, ट्रांसड्यूसर यांत्रिक कंपन उत्पन्न करने के लिए तरंग प्राप्त करता है, इसे सेंसर रिसीवर के आउटपुट के रूप में विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है, ताकि प्रेषित सुपर का पता लगाया जा सके। वास्तविक उपयोग में, ट्रांसमिटिंग सेंसर के रूप में उपयोग किए जाने वाले सिरेमिक वाइब्रेटर का भी उपयोग किया जा सकता है। रिसीवर सेंसर कंपनी के लिए सिरेमिक वाइब्रेटर के रूप में उपयोग किया जाता है। नियंत्रण भाग मुख्य रूप से पल्स श्रृंखला आवृत्ति, कर्तव्य चक्र, विरल मॉड्यूलेशन और गिनती, और ट्रांसमीटर द्वारा भेजी गई पता लगाने की दूरी को नियंत्रित करता है।

 

कार्यक्रम

यदि ट्रांसमिटिंग सेंसर में 40KHz की अनुनाद आवृत्ति के साथ पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक शीट (डुअल क्रिस्टल वाइब्रेटर अल्ट्रासोनिक सेंसर) पर 40KHz उच्च-आवृत्ति वोल्टेज लागू किया जाता है, तो पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक शीट लागू उच्च-आवृत्ति वोल्टेज की ध्रुवीयता के अनुसार विस्तार और अनुबंध करेगी, और फिर 40KHz आवृत्ति संचारित करेगी। अल्ट्रासोनिक तरंग घनत्व और घनत्व के रूप में प्रसारित होती है (घनत्व की डिग्री को नियंत्रण सर्किट द्वारा संशोधित किया जा सकता है), और है तरंग रिसीवर को प्रेषित। रिसीवर दबाव सेंसर द्वारा उपयोग किए जाने वाले पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के सिद्धांत का उपयोग करता है, अर्थात, पीजोइलेक्ट्रिक तत्व पर दबाव डालने से पीजोइलेक्ट्रिक तत्व तनावग्रस्त हो जाता है, फिर एक तरफ '+' पोल और दूसरी तरफ एक '-' पोल के साथ 40KHz साइन वोल्टेज। क्योंकि उच्च-आवृत्ति वोल्टेज का आयाम छोटा है, इसे बढ़ाया जाना चाहिए। अल्ट्रासोनिक सेंसर ड्राइवर को सुरक्षित रूप से बैकअप लेने की अनुमति देते हैं। सिद्धांत यह है कि बैकिंग पथ पर या उसके निकट किसी भी बाधा का पता लगाया जाए और समय पर चेतावनी जारी की जाए। डिज़ाइन की गई पहचान प्रणाली एक ही समय में ध्वनि और प्रकाश दोनों श्रव्य और दृश्य चेतावनियाँ प्रदान कर सकती है। चेतावनी इंगित करती है कि अंधे क्षेत्र में बाधाओं की दूरी और दिशा का पता लगाया जाता है। इस तरह, चाहे पार्किंग हो या किसी संकरी जगह पर गाड़ी चलाना, रिवर्सिंग बाधा अलार्म डिटेक्शन सिस्टम की मदद से ड्राइवर का मनोवैज्ञानिक दबाव कम हो जाएगा, और ड्राइवर आसानी से आवश्यक कार्रवाई कर सकेगा।

 

संचालन विधा

अल्ट्रासोनिक सेंसर, पहचानी गई वस्तु का गैर-संपर्क और घिसाव रहित पता लगाने के लिए ध्वनिक तरंग माध्यम का उपयोग करता है। अल्ट्रासोनिक सेंसर. अल्ट्रासोनिक सेंसर पारदर्शी या रंगीन वस्तुओं, धातु या गैर-धातु वस्तुओं, ठोस, तरल और पाउडर वाले पदार्थों का पता लगा सकते हैं। इसका पता लगाने का प्रदर्शन धुएं और धूल के वातावरण और बरसात के दिनों सहित किसी भी पर्यावरणीय स्थिति से शायद ही प्रभावित होता है।