مبدأ الموجات فوق الصوتية

Ranging بالموجات فوق الصوتية هي تقنية تستخدم موجات صوتية لتحديد المسافة بين كائنين. لقد أصبحت أداة أساسية في مختلف الصناعات ، بما في ذلك السيارات والرعاية الصحية والروبوتات. الغرض من هذه المقالة هو تقديم شرح شامل لمبدأ النطاق بالموجات فوق الصوتية وتطبيقاتها.

ما هو الموجات فوق الصوتية؟

Ranging الموجات فوق الصوتية هي تقنية تستخدم موجات صوت عالية التردد لتحديد المسافة بين كائنين. إنه يعمل عن طريق نقل موجة بالموجات فوق الصوتية من محول الطاقة وقياس الوقت الذي يستغرقه الموجة للارتداد بعد ضرب كائن. يتم استخدام الوقت الذي يستغرقه الإرجاع للموجة لحساب المسافة بين محول الطاقة والكائن. هناك أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ، بما في ذلك مستشعرات محول المنصة الواحدة وأجهزة استشعار محول الطاقة المزدوجة.

مبدأ العمل من الموجات فوق الصوتية

يعتمد مبدأ النطاق بالموجات فوق الصوتية على فيزياء الموجات الصوتية. عندما تنتقل الموجة بالموجات فوق الصوتية من محول الطاقة ، فإنها تنتقل عبر الهواء وتصل إلى كائن. ثم ترتد الموجة إلى محول الطاقة ، ويتم قياس الوقت الذي يستغرقه إعادة الموجة. يتم استخدام هذه المرة لحساب المسافة بين محول الطاقة والكائن.

يلعب محول الطاقة دورًا مهمًا في النطاق بالموجات فوق الصوتية. وهي مسؤولة عن نقل وتلقي الموجة بالموجات فوق الصوتية. يحول المحول الإشارات الكهربائية إلى اهتزازات ميكانيكية ، والتي تنتقل بعد ذلك على أنها موجات بالموجات فوق الصوتية. عندما تضرب الموجة كائنًا وترتد للخلف ، يستقبل المحول الموجة ويحولها مرة أخرى إلى إشارة كهربائية.

مزايا وقيود الموجات فوق الصوتية تتراوح

يتراوح الموجات فوق الصوتية للعديد من المزايا على تقنيات أخرى تتراوح. إنه غير متصل ، مما يعني أنه يمكن استخدامه لقياس المسافة بين الكائنات دون لمسها جسديًا. كما أنها دقيقة ، مما يوفر قياسات دقيقة حتى على مسافات طويلة.

ومع ذلك ، فإن الموجات فوق الصوتية تتراوح أيضا بعض القيود. يتأثر بالعوامل البيئية مثل درجة الحرارة وضغط الهواء والرطوبة. كما أنه لا يمكن اختراق الكائنات الصلبة ، مما يعني أنه لا يمكن قياس المسافة إلى كائن وراء كائن آخر. هذا يمكن أن يحد من فائدته في بعض التطبيقات.

بالمقارنة مع التقنيات الأخرى النائض ، مثل الليزر تتراوح بين الأشعة تحت الحمراء ، فإن النطاق بالموجات فوق الصوتية غير مكلفة نسبيًا وسهلة التنفيذ. هذا يجعلها خيارًا شائعًا لمجموعة واسعة من التطبيقات.

تطبيقات الموجات فوق الصوتية

يتم استخدام الموجات فوق الصوتية في مجموعة متنوعة من الصناعات ، بما في ذلك السيارات والرعاية الصحية والروبوتات. في صناعة السيارات ، يتم استخدام النطاق بالموجات فوق الصوتية لقياس المسافة واكتشاف العقبات في المركبات. هذا يسمح للمركبات بتجنب الاصطدامات والوقوف بأمان.

في صناعة الرعاية الصحية ، يتم استخدام النطاق بالموجات فوق الصوتية للتصوير غير الغازي وقياس المسافة بين الأعضاء الداخلية. هذا يسمح للمهنيين الطبيين بتشخيص وعلاج المرضى دون الحاجة إلى إجراءات غازية.

في مجال الروبوتات ، يتم استخدام الموجات فوق الصوتية للتنقل وتجنب العقبات. يمكن للروبوتات المزودة بأجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية التنقل في البيئات المعقدة وتجنب العقبات ، مما يجعلها أكثر فعالية وكفاءة.

مستقبل الموجات فوق الصوتية

يتطور مجال النطاق بالموجات فوق الصوتية بسرعة ، حيث يتم تقديم تقدم جديد طوال الوقت. في المستقبل ، من المحتمل أن يتم دمج النطاق بالموجات فوق الصوتية في المزيد من الصناعات والتطبيقات.

يتمثل أحد التطبيقات المستقبلية المحتملة في المركز بالموجات فوق الصوتية في مجال المركبات المستقلة. سوف تتطلب المركبات المستقلة أنظمة قياس عن بعد دقيقة وموثوقة للغاية للتنقل بأمان. يمكن أن يلعب النطاق بالموجات فوق الصوتية دورًا حاسمًا في هذا ، مما يوفر قياسات المسافة اللازمة للسماح للمركبات المستقلة بالعمل بأمان.

هناك تطبيق محتمل آخر للتراوح بالموجات فوق الصوتية في مجال الأتمتة الصناعية. مع زيادة الطلب على أنظمة الأتمتة الفعالة والفعالة من حيث التكلفة ، يمكن أن يلعب النطاق بالموجات فوق الصوتية دورًا رئيسيًا في توفير قياسات دقيقة وموثوقة للروبوتات الصناعية.

خاتمة

في الختام ، فإن النطاق بالموجات فوق الصوتية هي تقنية تستخدم موجات صوتية عالية التردد لتحديد المسافة بين كائنين. لقد أصبحت أداة أساسية في مختلف الصناعات ، بما في ذلك السيارات والرعاية الصحية والروبوتات. يعتمد مبدأ النطاق بالموجات فوق الصوتية على فيزياء الموجات الصوتية ويتم تحقيقه من خلال استخدام محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية. على الرغم من أن الموجات فوق الصوتية لها بعض القيود ، إلا أنها تتمتع أيضًا بعدة مزايا ، مما يجعلها خيارًا شائعًا لمجموعة واسعة من التطبيقات. يبدو مستقبل النطاق بالموجات فوق الصوتية مشرقًا ، مع تطورات جديدة وتطبيقات محتملة في الأفق.

تردد الموجة الصوتية التي يمكن أن تسمعها الأذنين البشرية هي 20 هرتز ～ 20 كيلو هرتز. عندما يكون التردد أعلى من 20 كيلو هرتز ، لا يمكن للأذن البشرية سماعها. لذلك ، نسمي الموجة الصوتية بتردد أعلى من 20 كيلو هرتز 'الموجة بالموجات فوق الصوتية '.

الموجات فوق الصوتية لها اتجاهية قوية وتسافر لمسافات طويلة في الهواء. سوف ينعكس عند مواجهة العقبات. لذلك ، غالبًا ما يستخدم الناس الموجة بالموجات فوق الصوتية لقياس المسافة.

الطريقة الأكثر شيوعًا لقياس المسافة بالموجات فوق الصوتية هي طريقة اكتشاف الصدى. ينبعث جهاز الإرسال بالموجات فوق الصوتية الموجات فوق الصوتية في اتجاه معين. في نفس الوقت مع الانبعاث ، يبدأ المؤقت التوقيت. يتوقف جهاز الاستقبال بالموجات فوق الصوتية على الفور عندما يتلقى الموجات بالموجات فوق الصوتية المنعكسة. سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية في الهواء هي 340 متر/ثانية. وفقًا للوقت الذي سجله المؤقت ، يمكن حساب المسافة من نقطة الانبعاث إلى سطح العقبة.

تشمل مؤشرات الأداء الرئيسية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية:

(1) تردد العمل. تردد العمل هو تردد الرنين للرقاقة الكهروضوئية. عندما يكون تواتر جهد التيار المتردد المطبق على طرفيه مساوياً لتردد الرنين للرقاقة ، تكون طاقة الخرج هي الأكبر والحساسية هي أيضًا الأعلى.

(2) درجة حرارة العمل. نظرًا لأن نقطة المسافة للمادة الكهروإجهادية مرتفعة بشكل عام ، لا سيما أن المسبار بالموجات فوق الصوتية للتشخيص يستخدم قوة صغيرة ، وبالتالي فإن درجة حرارة العمل منخفضة نسبيًا ، ويمكن أن تعمل لفترة طويلة دون فشل. درجة حرارة التحقيق بالموجات فوق الصوتية المستخدمة في العلاج الطبي مرتفعة نسبيًا ، ويحتاج جهاز تبريد منفصل.

(3) الحساسية. يعتمد الأمر بشكل أساسي على رقاقة التصنيع نفسها ، ومعامل الاقتران الكهروميكانيكي كبير ، والحساسية عالية.

مع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا ، ليس من الصعب علينا العثور على تطبيق أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية. على سبيل المثال ، يستخدم الرادار العكسي الموجات فوق الصوتية لقياس المسافة ، وذلك لتحقيق وظيفة مواقف السيارات وتجنب العقبات. يوصي مهندس من مانورشي بثلاثة أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية MSW-A1458H09TR و MSW-A1440H09TR و MSW-A1840H12TR. لديهم استقرار جيد وحساسية عالية ودقة عالية ، وقد استقبلها السوق بشكل جيد.