جهاز استشعار المدى بالموجات فوق الصوتية

        أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هي أجهزة استشعار تم تطويرها باستخدام خصائص الموجات فوق الصوتية. أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية هي أجهزة استشعار تقوم بتحويل إشارات الموجات فوق الصوتية إلى إشارات طاقة أخرى (عادةً إشارات كهربائية). الموجات فوق الصوتية هي موجة ميكانيكية ذات تردد اهتزاز أعلى من 20 كيلو هرتز. يتميز بخصائص التردد العالي، والطول الموجي القصير، وظاهرة الحيود الصغيرة، وخاصة الاتجاهية الجيدة، ويمكن أن يكون له انتشار شعاعي واتجاهي. تتمتع الموجات فوق الصوتية بقدرة كبيرة على اختراق السوائل والمواد الصلبة، خاصة في المواد الصلبة غير الشفافة لأشعة الشمس. ستنتج الموجات فوق الصوتية التي تواجه شوائب أو واجهات انعكاسات كبيرة لتكوين أصداء منعكسة، ويمكن أن يؤدي لمس الأجسام المتحركة إلى إنتاج تأثير دوبلر. تستخدم أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في الصناعة، والدفاع الوطني، والطب الحيوي، وما إلى ذلك.

الجهاز الذي ينجز هذه الوظيفة هو جهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية، والذي يُسمى تقليديًا محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية، أو مسبار الموجات فوق الصوتية.

مؤشرات الأداء الرئيسية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية

جوهر مسبار الموجات فوق الصوتية هو شريحة كهرضغطية في غلافها البلاستيكي أو المعدني. قد يكون هناك أنواع كثيرة من المواد التي تشكل الرقاقة. يختلف أيضًا حجم الرقاقة، مثل القطر والسمك، لذا يختلف أداء كل مسبار، ويجب أن نفهم أدائه قبل الاستخدام. تشمل مؤشرات الأداء الرئيسية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ما يلي:

    (1) تردد العمل. تردد التشغيل هو تردد الرنين للرقاقة الكهرضغطية. عندما يكون تردد جهد التيار المتردد المطبق عليه مساوياً لتردد الرنين للرقاقة، تكون طاقة الخرج هي الأكبر وتكون الحساسية أيضًا هي الأعلى.

    (2) درجة حرارة العمل. نظرًا لأن نقطة كوري للمواد الكهرضغطية مرتفعة نسبيًا بشكل عام، خاصة عندما يستخدم مسبار التشخيص بالموجات فوق الصوتية طاقة أقل، تكون درجة حرارة العمل منخفضة نسبيًا، ويمكن أن تعمل لفترة طويلة دون فشل. تتمتع مجسات الموجات فوق الصوتية الطبية بدرجات حرارة عالية نسبيًا وتتطلب معدات تبريد منفصلة.

    (3) الحساسية. يعتمد ذلك بشكل أساسي على رقاقة التصنيع نفسها. معامل الاقتران الكهروميكانيكي كبير والحساسية عالية؛ وإلا فإن الحساسية منخفضة.

الهيكل ومبدأ العمل

    عند تطبيق الجهد على السيراميك الكهرضغطي، سيحدث تشوه ميكانيكي مع تغيرات في الجهد والتردد. من ناحية أخرى، عندما يهتز السيراميك الكهرضغطي، تتولد شحنة. باستخدام هذا المبدأ، عندما يتم تطبيق إشارة كهربائية على هزاز مكون من سيراميك كهرضغطية أو سيراميك كهرضغطية وصفيحة معدنية، ما يسمى بعنصر ثنائي الشكل، تنبعث موجات فوق صوتية بسبب اهتزاز الانحناء. على العكس من ذلك، عندما يتم تطبيق الاهتزاز بالموجات فوق الصوتية على عنصر ثنائي الشكل، يتم إنشاء إشارة كهربائية. بناءً على التأثيرات المذكورة أعلاه، يمكن استخدام السيراميك الكهرضغطي كأجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية.

    مثل جهاز الاستشعار بالموجات فوق الصوتية، يتم تثبيت الهزاز المركب بمرونة على القاعدة. الهزاز المركب عبارة عن مزيج من مرنان وهزاز ثنائي الشكل كهرضغطي يتكون من لوح معدني وصفيحة خزفية كهرضغطية. يكون الرنان على شكل بوق، والغرض منه هو إشعاع الموجات فوق الصوتية الناتجة عن الاهتزاز بشكل فعال، وتركيز الموجات فوق الصوتية بشكل فعال في الجزء المركزي من الهزاز.

    مزايا مستشعر النطاق بالموجات فوق الصوتية: الدقة الطولية عالية، ويمكنه تحديد الأجسام الانعكاسية الشفافة والشفافة والمنتشرة؛ مناسبة خاصة لقياس عدم الاتصال في الظروف المظلمة والرطبة وغيرها من الظروف القاسية؛ استنادًا إلى نظام الاستشعار بالموجات فوق الصوتية، من السهل تحقيق التصغير والتكامل.