المشاهدات: 585 المؤلف: محرر الموقع وقت النشر: 2020-05-21 الأصل: موقع
أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هي أجهزة استشعار غير متصلة تستخدم موجات صوتية عالية التردد لاكتشاف الأشياء وقياس المسافة ومراقبة مستوى السائل وتحديد موضع المادة. يتم استخدامها على نطاق واسع في التصنيع وأنظمة الطاقة والمعادن ومواد البناء والمواد الكيميائية وتجهيز الأغذية والسيارات والتخزين والسفن والمنسوجات والنقل والروبوتات ومراقبة مستوى السائل واكتشاف تدفق القناة المفتوحة والأتمتة الصناعية.
المزايا الرئيسية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هي دقة القياس العالية، والتشغيل المستقر، واكتشاف عدم الاتصال، والاتجاه القوي، والقدرة على العمل مع العديد من المواد السائلة والصلبة. ومع ذلك، فإن أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لها أيضًا قيود، مثل نطاق التردد الثابت، وجهد القيادة العالي نسبيًا، والمناطق العمياء، والمدى المحدود، والحساسية لدرجة الحرارة، والمواد اللينة، وتدفق الهواء، وظروف التثبيت.
يعمل جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية عن طريق إرسال الموجات فوق الصوتية واستقبال الصدى المنعكس. يرسل المستشعر نبضة صوتية عالية التردد نحو الهدف. عندما تصل الموجة الصوتية إلى سطح الجسم، ينعكس جزء من الموجة مرة أخرى إلى جهاز الاستقبال. يقوم المستشعر بعد ذلك بحساب المسافة أو الموضع بناءً على الوقت بين الإرسال والاستقبال.
يعتمد مسبار الموجات فوق الصوتية عادة على عناصر السيراميك الكهرضغطية. يمكن لهذه العناصر الكهرضغطية تحويل الطاقة الكهربائية إلى اهتزاز ميكانيكي لنقل الموجات فوق الصوتية، ويمكنها أيضًا تحويل الاهتزاز المستقبل مرة أخرى إلى إشارات كهربائية.
عندما تتطابق إشارة النبض المطبقة مع تردد الرنين الطبيعي للعنصر الكهرضغطي، يهتز العنصر بقوة ويولد موجات فوق صوتية. عندما تعود الموجات المنعكسة إلى المسبار، يستقبل العنصر الكهرضغطي الاهتزاز ويحوله إلى إشارة كهربائية لتحليلها.
| ميزة | لماذا يهم |
|---|---|
| قياس عدم الاتصال | يستطيع المستشعر اكتشاف الأشياء دون لمسها، وهو أمر مفيد للمواد الهشة أو المتحركة أو الساخنة أو المسببة للتآكل. |
| يعمل مع العديد من المواد | يمكن لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية قياس العديد من السوائل والمواد الصلبة، بما في ذلك المواد غير الشفافة التي يصعب على أجهزة الاستشعار البصرية. |
| لا يتأثر باللون أو الشفافية | ونظرًا لأن الاكتشاف يعتمد على انعكاس الصوت، فإن لون الهدف وشفافيته عادةً ما يكون لهما تأثير ضئيل على القياس. |
| اتجاهية جيدة | تتميز الموجات فوق الصوتية بأطوال موجية قصيرة واتجاهية قوية، مما يجعلها مناسبة لقياس المسافة والمستوى. |
| يمكن أن تعمل في البيئات المظلمة | على عكس أجهزة الاستشعار البصرية، لا تعتمد أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية على الضوء المرئي. |
| مفيد في الغبار أو الدخان أو الضباب | يمكن للعديد من أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية أن تعمل بشكل أفضل من أجهزة الاستشعار البصرية في البيئات المتربة أو الدخانية أو منخفضة الإضاءة. |
| سلبي | على التطبيق |
|---|---|
| نطاق تردد ثابت | عادةً ما يعمل مستشعر 40 كيلو هرتز فقط بالقرب من نطاق التردد المصمم له، مثل حوالي 38-42 كيلو هرتز. |
| ارتفاع الجهد القيادة | تتطلب بعض محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية جهدًا عاليًا من الذروة إلى الذروة، لذلك قد تحتاج دوائر الجهد المنخفض إلى دائرة تعزيز أو محول. |
| تأثير درجة الحرارة | تتغير سرعة الصوت مع تغير درجة حرارة الهواء، مما قد يؤثر على دقة قياس المسافة. |
| المواد الناعمة تمتص الصوت | قد تمتص الرغوة والنسيج والأسطح الناعمة الأخرى الموجات فوق الصوتية وتقلل من قوة الصدى. |
| المنطقة العمياء | قد تكون الكائنات القريبة جدًا من المستشعر ضمن الحد الأدنى لمسافة الكشف ولا يمكن قياسها بدقة. |
| نطاق محدود | تتضاءل الموجات فوق الصوتية مع المسافة، وبالتالي فإن نطاق المستشعر محدود بالتردد والطاقة والسطح المستهدف والبيئة. |
تتميز الموجات فوق الصوتية بتردد عالٍ وطول موجي قصير وحيود صغير واتجاه قوي واختراق جيد في العديد من السوائل والمواد الصلبة. عندما تلتقي الموجات فوق الصوتية بشوائب أو حدود أو واجهة مادية، فإنها تنتج أصداء منعكسة يمكن اكتشافها وتحليلها.
يمكن لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية أيضًا أن تدعم الكشف المعتمد على دوبلر للأجسام المتحركة. وهذا يجعل تقنية الموجات فوق الصوتية مفيدة في قياس المسافة، وقياس مستوى السائل، واكتشاف الأشياء، ومراقبة التدفق، واكتشاف العيوب، والروبوتات، والمساعدة في مواقف السيارات، والأتمتة الصناعية، والمعدات الطبية.
غالبًا ما تستخدم مجسات الموجات فوق الصوتية منخفضة الطاقة للكشف والقياس. اعتمادا على نوع الموجة وبنيتها، يمكن أن تشمل مجسات الموجات فوق الصوتية مجسات مستقيمة للموجات الطولية، مجسات مائلة للموجات المستعرضة، مجسات الموجات السطحية، مجسات موجة لامب، ومسابير مزدوجة حيث يرسل عنصر ويستقبل آخر.
بالنسبة للتطبيقات الصناعية والاستهلاكية، تشمل المنتجات الشائعة أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية من النوع المفتوح، وأجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية المقاومة للماء، وأجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية عالية التردد، وأجهزة استشعار لوقوف السيارات، وأجهزة استشعار للمستوى. يعتمد الاختيار الصحيح على النطاق والتردد والإسكان وتصنيف مقاومة الماء والمواد المستهدفة وبيئة التثبيت.
تعتمد دقة مستشعر الموجات فوق الصوتية على التردد والحساسية وجهد القيادة والسطح المستهدف ودرجة حرارة الهواء والرطوبة وتدفق الهواء وزاوية التثبيت ومعالجة إشارة الصدى. يمكن لجهاز الاستشعار المزود بتعويض درجة الحرارة تقليل الأخطاء الناجمة عن التغيرات في سرعة الصوت.
تعتمد الحساسية بشكل أساسي على العنصر الكهرضغطي. عادةً ما يعني معامل الاقتران الكهروميكانيكي الأكبر حساسية أعلى. تساعد الحساسية العالية المستشعر على استقبال أصداء أضعف، لكن الأداء النهائي لا يزال يعتمد على تصميم الدائرة الكاملة وبيئة التطبيق.
تُستخدم أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في القياسات الصناعية والزراعة والصناعات الخفيفة والمعدات الطبية وأنظمة مواقف السيارات والروبوتات وأنظمة الأمان ومراقبة المستوى واكتشاف الأشياء والاختبارات غير المدمرة. يمكنهم اكتشاف الأصوات والأصداء التي لا تستطيع الأذن البشرية سماعها، ثم تحويل المعلومات إلى بيانات مفيدة عن المسافة أو الموقع أو المادة.
في التطبيقات العملية، يمكن استخدام المدى بالموجات فوق الصوتية لتجنب العوائق، وقياس مستوى الخزان، واكتشاف تدفق القناة المفتوحة، والمساعدة في عكس اتجاه السيارة، وملاحة الروبوت، وتحديد موضع المواد، واكتشاف العيوب في الهياكل المعدنية أو الصلبة.
عند اختيار مستشعر بالموجات فوق الصوتية، تأكد أولاً من مسافة الكشف والمنطقة العمياء والمواد المستهدفة والدقة المطلوبة وتردد التشغيل وجهد القيادة وزاوية الشعاع ووقت الاستجابة ومتطلبات مقاومة الماء ونطاق درجة حرارة العمل.
بالنسبة للبيئات الخارجية أو الرطبة، يُفضل عادةً استخدام مستشعر بالموجات فوق الصوتية المقاوم للماء. وللكشف الدقيق على المدى القصير، قد يوفر المستشعر ذو التردد العالي دقة أفضل. بالنسبة للكشف بعيد المدى، قد يكون التردد المنخفض وقدرة الإرسال الأقوى أكثر ملاءمة.
قبل الإنتاج الضخم، اختبر المستشعر في موضع التثبيت الحقيقي والبيئة. يمكن أن تؤثر زاوية التثبيت، وفتح العلبة، وشكل الهدف، والعوائق القريبة، وتغير درجة الحرارة، والضوضاء الكهربائية على الأداء الفعلي.
توفر أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية قياسًا دقيقًا ومستقرًا وغير ملامس للعديد من المواد السائلة والصلبة. وهي مفيدة بشكل خاص عندما يتأثر الكشف البصري باللون أو الشفافية أو الظلام أو الغبار أو الدخان أو انعكاس السطح.
وفي الوقت نفسه، فإن أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ليست مناسبة لكل حالة. يجب على المهندسين مراعاة التردد والجهد والحساسية وتعويض درجة الحرارة والمنطقة العمياء والمدى والمواد المستهدفة وظروف التثبيت قبل اختيار المستشعر.
يقوم جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية بقياس المسافة عن طريق إرسال نبضة صوتية عالية التردد واستقبال الصدى المنعكس. يتم حساب المسافة من الوقت الذي تستغرقه الموجة الصوتية للانتقال إلى الهدف والعودة.
يمكن أن تكون أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية دقيقة للغاية في الظروف المناسبة، خاصة بالنسبة لمسافة عدم الاتصال وقياس المستوى. تعتمد الدقة على درجة الحرارة والرطوبة والسطح المستهدف وتردد المستشعر وزاوية التثبيت ومعالجة الإشارات.
تغير درجة الحرارة سرعة الصوت في الهواء. عندما تتغير درجة الحرارة، قد تتغير المسافة المقاسة ما لم يستخدم المستشعر تعويض درجة الحرارة أو يقوم النظام بتصحيح القراءة.
اختر جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية من النوع المفتوح للبيئات الداخلية النظيفة والمعدات المدمجة. اختر جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية المقاوم للماء للبيئات الخارجية أو الرطبة أو المتربة أو المعرضة لرذاذ الماء.
استخدم التردد الصحيح، وحافظ على محاذاة المستشعر مع الهدف، وتجنب العوائق القريبة، وتوفير جهد قيادة مستقر، واستخدام تعويض درجة الحرارة، واختبار المستشعر في بيئة التثبيت النهائية.
